MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017359933
■00520260202105237
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798291567999
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32271967
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006260
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.8
■1001  ▼aRaz,  Daphna  R.
■24510▼aReachability  Analysis  for  Characterizing  the  Effects  of  Robotic  Assistive  Devices  on  Human  Stability
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a116  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Ozay,  Necmiye;Umberger,  Brian.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aAs  humans  age,  maintaining  stability  during  activities  of  everyday  living  becomes  more  difficult.  Performance  on  balance-related  tasks  diminishes,  based  on  both  clinical  and  analytical  metrics.  This  decline  is  due  in  part  to  age-related,  joint  level  changes  in  torque  production,  which  are  in  turn  correlated  with  increased  fall  risk.  Thus,  there  is  great  excitement  in  the  clinical  and  research  community  regarding  robotic  mobility  assistive  devices  that  can  supplement  torque  and  power  production  at  different  joints.  While  there  has  been  progress  demonstrating  that  assistive  devices  may  lower  metabolic  cost  during  walking,  less  is  known  about  how  these  devices  may  affect  stability,  particularly  during  feet-in-place  activities  such  as  sit-to-stand  or  standing.  There  is  therefore  a  need  to  incorporate  age-related  neuromuscular  decrements  and  powered  mobility  assistance  into  a  single  framework  for  stability  analysis.  Such  a  framework  will  not  only  aid  in  our  understanding  of  the  mechanics  underlying  robot-assisted  movement  stability,  but  it  can  also  guide  the  design  of  perturbation  experiments  on  older  adults  by  suggesting  conditions  under  which  stability  is  most  likely  to  be  affected.  In  this  dissertation,  we  develop  a  method  to  characterize  the  effect  of  robotic  assistance  on  human  stability  from  a  formal  methods  perspective:  instead  of  analyzing  individual  control  strategies  for  a  given  model,  we  compute  a  set  representing  all  states  from  which  it  is  feasible  to  maintain  balance.  We  call  this  set  the  stabilizable  region.  In  contrast  to  prior  work,  we  provide  mathematical  guarantees  that  the  stabilizable  region  includes  all  possible  recoverable  states.  We  also  guarantee  that  it  is  always  possible  to  remain  within  the  region,  which  is  an  important  safety  property  known  as  invariance.  To  validate  our  method,  we  first  compute  stabilizable  regions  for  nominal    full-strength  models    of  young  adults.  Using  a  published  dataset  of  perturbed  sit-to-stand  motion,  we  show  that  the  boundaries  of  these  regions  accurately  detect  when  the  participant  can  no  longer  use  feet-in-place  strategies  to  maintain  stability.  Next,  to  understand  how  old  age  and  assistive  devices  affect  stabilizability,  we  compute  stabilizable  regions  for  sex-  and  age-  adjusted  models  of  adults  wearing  ankle  exoskeletons.  Lastly,  we  analyze  how  'imperfect'  ankle  exoskeletons  may  affect  feasible  standing  balance.  We  consider  devices  that  provide  lower-  and  higher-than-necessary  torques  relative  to  the  optimal  amount  required  to  maximize  static  stability.  We  relax  our  assumption  that  the  ankle  exoskeleton  controller  is  perfectly  tuned  to  the  user,  and  compute  the  stabilizable  region  when  the  mass  and  relative  center-of-mass  height  of  the  user  are  under-  or  over-estimated.  We  also  approximate  a  delay  in  the  exoskeleton's  actuation  torque,  quantifying  how  the  stabilizable  region  changes  over  a  range  of  device  delays.    Our  analysis  shows  that  common  ankle  exoskeleton  control  strategies  can  improve  stability  in  many  nominal  conditions  that  are  likely  to  be  encountered  in  daily  life.  However,  they  may  hinder  stability  under  certain  conditions  and  can  amplify  existing,  joint-level  torque  deficits  related  to  aging.  When  the  exoskeleton  model  is  adjusted  to  account  for  realistic  defects  such  as  poorly  tuned  parameters  and  device  delay,  stability  is  hindered  even  further.  Thus,  our  results  suggest  that  a  great  deal  more  research  is  needed  to  enable  the  safe  and  effective  widespread  use  of  these  devices,  particularly  in  clinical  populations.    Even  exoskeletons  with  mild  imperfections  using  seemingly  well-understood  control  strategies,  may  have  a  counterintuitive  and  undesired  effect  on  standing  balance  in  older  adults,  particularly  those  with  impaired    strength.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aBiomechanics
■650  4▼aRobotics
■650  4▼aComputer  engineering
■653    ▼aRehabilitation  robotics
■653    ▼aFormal  methods
■653    ▼aHuman  biomechanics
■653    ▼aExoskeletons
■653    ▼aAging  biomechanics
■653    ▼aHuman  stability
■690    ▼a0771
■690    ▼a0648
■690    ▼a0464
■690    ▼a0800
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bRobotics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359933▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books