| dc.description.abstract | Tap av motorisk funksjon hemmer personer med amyotrofisk lateral sklerose (ALS) fra å gjøre dagligdagse aktiviteter (ADL) uten assistanse. Tap av uavhengighet grunnet disse fysiske begrensningene påvirker i stor grad individets livskvalitet, psykologiske velvære og sysselsetting med fler. Det mangler egnede hjelpemidler til denne pasient-gruppen med delvis eller full lammelse i armene som kan hjelpe med å gjenvinne armbevegelsen. MotOrtose er et hjelpemiddel som utvikles for å imøtekomme dette behovet. Det er et motorisert armeksoskelett som kan assistere brukerens bevegelse av skulderleddet, albueleddet, håndleddet og hånd.
Denne oppgaven er en del av utviklingsarbeidet med mål om å utvikle, sertifisere, og kommersialisere eksoskjelletet MotOrtose og omhandler mennekse-maskin interaksjonen mellom en ALS-pasient og eksoskelettet. ALS-pasienter er en veldig heterogen brukergruppe, og deres behov og krav varierer sterkt. Både fra pasient til pasient, men også etterhvert som sykdommen progredierer. Å skape intuitive og effektive mennesker-maskin interaksjoner som passer til en stor del av ALS-pasienter er derfor en utfordring. Videre er samspillet mellom brukeren og hjelpemiddelet nært knyttet til brukervennligheten og hvorvidt brukeren godtar hjelpemiddelet.
Menneske-robot-interaksjoner som kan skreddersys til hver enkelt bruker og kontinuerlig tilpasses for å imøtekomme deres behov kalles en Tilgjengelige mennekse-maskin interaksjoner. Denne oppgaven tar sikte på ta betydelige steg i arbeidet mot tilgjengelige menneske-maskin interaksjoner for MotOrtose. En iterativ utviklingsmetode utvikles gjennom oppgaven, der brukerinvolvering, rask prototyping og evalueringer er sentrale aspekter.
Behov og krav til ALS-pasienter kartlegges gjennom 13 semistrukturerte intervjuer.
Basert på intervjuene utvikles to brukerprofiler som beskriver ALS-pasienters muligheter og begrensninger i en interaksjon med eksoskjelletet. Deres dagligase aktiviteter blir oppsummert i en generalisert oppgave (“Basisaktivitet”) som eksoskelettet må være i stand til å løse. Denne basisaktiviteten består av fire deloppgaver, og danner grunnlaget for en deloppgavebasert tilstandsmaskin. Den deloppgavebaserte tilstandsmaskinen blir forestått som et alternativ til en tradisjonell tilstandsmaskin for å løse problemet med for mange frihetsgrader i forhold til kontrollinnganger.
Fra litteratursøk og de semi-strukturerte intervjuene blir fire teoretiske konsepter identifisert som viktige viktige for interaksjonen, intentionsmåling, tilbakemelding, kontrollparadigme og deloppgavebasert tilstandsmaskin. Ved hjelp av disse 4 konseptene utvikles 11 mennesker-maskin interaksjoner.
Forfatterne foreslår brukbarhetstester som metode for å identifisere de mest anvendelige interaksjonene og hvordan disse påvirkes av disse 4 konseptene.
Interaksjonene er blitt implementert. Dette inkluder intensjonsmåling, (Talegjenkjenning, joystick, sug-og-blås, hodebevegelser og knapper), tilbakemelding (lyd og vibrasjon), kontrollparadigmer og en deloppgavebasert tilstandsmaskin. Interaksjonene implementeres innenfor et rammeverk der man rask og enkelt kan bytte mellom de fire konseptene for å skape nye interaksjoner.
Tre av interaksjonene ble testet i en brukbarhets-studie med 5 funksjonsfriske individer. Interaksjonene blir sammenlignet, med noen initielle funn. Arbeidet er et viktig bidrag til MotOrtose-prosjektet og utviklingsmetodikk som er beskrevet vil videreføres og har dannet en tydelig vei for den videre utviklingen as tilgjengelige mennesker-maskin interaksjoner for eksoskjelettet MotOrtose. | |
| dc.description.abstract | Loss of arm motor function inhibits individuals who have amyotrophic lateral sclerosis (ALS) from independently doing activities of daily living (ADL). The loss of independence due to physical limitations greatly impacts the individual's quality of life, psychological well-being, and employment. There is currently a lack of aids that can assist ALS patients with partial or full paralysis in their arms to regain their arm movement. MotOrtose is an assistive device under development to fill this gap of aids. It is a motorized arm exoskeleton that can assist the user's arm motion of the shoulder joint, elbow joint, wrist, and hand.
This thesis is a part of the development process towards finalizing and commercializing the exoskeleton and concerns the human-robot interaction between ALS patients and the exoskeleton. ALS patients are a very heterogeneous user group, where the needs and requirements vary greatly from patient to patient and within the lifespan of a single patient. Creating intuitive and effective human-robot interactions that will fit a large part of the population of ALS patients is, therefore, a challenge. Furthermore, the interaction between the user and an assistive device is closely related to the ease of use and whether or not the user accepts the device in everyday life.
Human-robot interactions that can be tailored to every user and constantly updated to meet their needs and requirements are called Accessible human-robot interactions. This thesis aims to make a leap toward accessible interactions for MotOrtose. An iterative development method is developed through the thesis, where user involvement, rapid prototyping, and evaluations are central aspects.
The needs and requirements of ALS patients related to the interaction with the aid are mapped through 13 semi-structured interviews. Based on the interviews, two user profiles detailing the opportunities and limitations of ALS patients for human-robot interaction are developed. The challenges ALS patients face daily are formulated into one versatile and general baseline task that the exoskeleton needs to solve. The baseline activity consists of four subtasks, and a subtask-based finite state machine} is described. The subtask-based finite state machine is proposed as a more efficient way to solve the problem of more degrees of freedom than control inputs than a traditional finite state machine.
From literature, and the user interviews, four theoretical concepts are found to be important for the interaction, intent measurement technique, feedback, control paradigm, and subtask-based finite state machine. Using these 4 concepts, 11 human-robot interactions are developed.
The authors propose usability tests as the appropriate method to identify the most applicable interactions and how these are affected by these 4 concepts.
The human-robot interactions are implemented, including intent measurement techniques (Speech recognition, joystick, sip-n-puff, head gestures, and buttons), feedback techniques (Audio feedback and haptic feedback), control paradigms (joint-level control, end-effector cartesian control, and discrete state-level control), and a subtask-based finite state machine. The interactions are implemented within an accessible HRI framework. Changing all four concepts is simple, and mapping intent, feedback, and control paradigms can quickly be changed between subtasks or create new interactions.
Three of the interactions are tested in a small usability study involving five proxy subjects. The interactions are compared, and indications of the two of the theoretical concepts are described. The user involvement, developed interactions, versatile implementation of HRI, and the initial usability study have paved a clear path for the future development of accessible human-robot interactions for MotOrtose. | |