Due to the ever-increasing proportion of older people in the total population and the growing awareness of the importance of protecting workers against physical overload during long-time hard work, the idea of supporting exoskeletons progressed from high-tech fiction to almost commercialized products within the last six decades. Sensors, as part of the perception layer, play a crucial role in enhancing the functionality of exoskeletons by providing as accurate real-time data as possible to generate reliable input data for the control layer. The result of the processed sensor data is the information about current limb position, movement intension, and needed support. With the help of this review article, we want to clarify which criteria for sensors used in exoskeletons are important and how standard sensor types, such as kinematic and kinetic sensors, are used in lower limb exoskeletons. We also want to outline the possibilities and limitations of special medical signal sensors detecting, e.g., brain or muscle signals to improve data perception at the human-machine interface. A topic-based literature and product research was done to gain the best possible overview of the newest developments, research results, and products in the field. The paper provides an extensive overview of sensor criteria that need to be considered for the use of sensors in exoskeletons, as well as a collection of sensors and their placement used in current exoskeleton products. Additionally, the article points out several types of sensors detecting physiological or environmental signals that might be beneficial for future exoskeleton developments.
- MeSH
- biomechanika MeSH
- dolní končetina fyziologie MeSH
- exoskeleton * MeSH
- lidé MeSH
- pohyb fyziologie MeSH
- senioři MeSH
- Check Tag
- lidé MeSH
- senioři MeSH
- Publikační typ
- časopisecké články MeSH
- přehledy MeSH
Roboty vnímáme nejčastěji jako pomocníky člověka odstraňující namáhavou a monotónní práci. Vzhledem k nemocným a postiženým lidem začíná jejich uplatnění a nasazení v poslední době vzrůstat. Nejvíce se uplatňují v následujících oblastech: Katedra biomedicíncké informatiky (KBI), FBMI ČVUT se ve svých projektech zabývá mj. výzkumem funkčních protéz, asistivních technologií pro hendikepované a experimentálními diagnostickými přístroji. Pro ovládání funkčních protéz, tak pro užití asistivních technologií (např. pohyb kurzoru myši po obrazovce umožňující kvadruplegikovi psát nebo ovládat invalidní vozík) je nezbytné využít dostupných biologických signálů nejčastěji EMG (elektromiogram), EOG (elektrookulogram). Zařízení umožňující postiženému ovládat asistivní pomůcku nebo protézu musí vhodně zpracovat tyto biologické signály a ve vhodném datovém formátu jako řídící veličiny je postoupit řídícímu počítači. Zařízení představující interface mezi člověkem a technologií nazýváme rozhraní člověk – stroj (Human Machine Interface). V rámci pracoviště KBI byli vyvinuté následující rozhraní: Kurzor myši řízený EMG, EOG Prototyp předloketní protézy řízený EMG Kurzor myši řízený EMG signálem představuje rozhraní, které zesílí EMG signál, poté odfiltruje síťový šum a následně provede operaci prahování a transformaci na TTL logiku, kterou zpracuje mikrokontroler a sériovou linkou RS 232 pošle do PC, kde program běžící na pozadí Windows zabezpečí inkrementaci nebo dekrementaci souřadnice kurzoru myši. Kurzor myši řízený EOG signálem představuje zařízení, které signál zesílí a následně odfiltruje všechny mimovolní pohyby oka ze signálu a takto získané napětí A/D převodníkem převede na digitální signál. Tento digitální signál je mikrokontrolérem zprůměrňován klouzavým oknem a poslán přes sériovou linku do PC. Zde opět na pozadí operačního systému běží program, který hodnoty převede na pozici myši na obrazovce. Prototyp předloketní protézy paže řízený pomocí EMG signálů v pozičním a rychlostním módu využívá zařízení obsahující šesti kanálový snímač EMG potenciálů, který zpracuje signál ze šesti nezávislých svalů a mikrokontrolér v něm umístěný zpracuje signály do datového formátu obsahujícího příznak kanálu a amplitudu EMG, který odešle přes sériovou linku RS 232 – USB do řídícího počítače ALIX. ALIX obsahuje řídící logiku protézy a distribuuje povely k řídícím jednotkám pohonů EPOS, které spolu komunikují prostřednictvím CAN sítě.
We consider robots most frequently as assistant for difficult, hard and monotonous work. Importance of robots rise up regarding handicapped people. Department of Biomedical Informatics, Czech Technical University in Prague deals with research and development of active prostheses, assistive technologies for handicapped and experimental diagnostic instruments. The control of active prosthesis or assistive technology is based on available biological signals. The mostly used is EMG or EOG. An example of assistive technology can be a motion of mouse pointer on the screen enabling to quadriplegic to write or operate a wheelchair. The developed device has to correctly process the biosignals and drive the processed biosignals to a control PC as control variables in correct format of data. The device is consisted of interface between a human and the technology so it is called Human Machine Interface (HMI). The following interfaces were developed on the Department of Biomedical Informatics: Mouse pointer controlled by EMG, EOG Prototype of upper limb prosthesis controlled by EMG Mouse pointer controlled by EOG is device which amplifies the signal, filters all nonvolatile motion of the eye out of the signal. The filtered signal is converted by A/D converter to digital signal. The digital signal is smoothen by running average by microcontroller and it is driven via serial bus to PC. The program for operating the device is also written to control the position of the mouse pointer. Prototype of upper limb prosthesis controlled by EMG signals in position and velocity mode is consisted of the devices including six channel EMG sensor, which processes the signal from six independent muscles and an inner microcontroller processes the signal to channel_sign and amplitude format. The signal is afterwards sent via serial bus RS232 – USB to control embedded ALIX PC. ALIX contains control logic of the prosthesis a regulate control commands to control units EPOS. The EPOS units communicate via CAN bus.
