Robotergestützte dynamische Interaktion der hemiplegischen oberen Extremitäten mit komplexen Objekten basierend auf verbessertem Feedforward-Impedanzkontrolle

Aktuelle Rehabilitationsroboter für die obere Extremität konzentrieren sich hauptsächlich auf Trainingseinheiten mit freien Bewegungen oder statischen Interaktionen mit starren Objekten. Diese Paradigmen simuliere nicht die Manipulation komplexer Objekte, die im Alltag vorkommen, und schränken somit das Training der hochgradigen sensorimotorischen Integrationsfähigkeiten der Patienten ein. Um diese Lücke zu schließen, schlägt diese Studie ein innovatives robotisches Rehabilitationstrainingssystem vor, das für die funktionale Ergotherapie konzipiert wurde. Konkret wurde die Aufgabe, einen Wasserglas zu transportieren, in ein Tassen-Ball-System abstrahiert, das mit einem Roboterarm integriert ist. Der Ball wurde als Punktmasse modelliert, und kinematische sowie dynamische Analysen des Systems wurden durchgeführt. Eine visuelle Verfolgungsmethode wurde eingesetzt, um die Bewegung des Balls zu überwachen und seinen Schwankwinkel zu berechnen. Aufgrund der beeinträchtigten Feinmotorik bei Schlaganfallpatienten wurde eine Kontrollstrategie zur Unterdrückung des Schwappens vorgeschlagen, die exponentielle Filterung, Feedforward-Kraftkompensation und Impedanzkontrolle integriert, um ein Überlaufen des Balls zu verhindern. Experimente bestätigten die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode. Die Ergebnisse zeigten, dass bei voller Kompensation die Schwingungsrate des Balls signifikant reduziert und die Geschmeidigkeit der Handkraft deutlich verbessert wurde. Diese Studie präsentiert eine effektive Methode zur Bewältigung dynamischer Unsicherheiten im Training mit Rehabilitationsrobotern und verbessert somit die funktionale Relevanz des Trainings erheblich.