Customizable Rehabilitation Lower Limb ... - Semantic Scholar

2 downloads 0 Views 1MB Size Report
Sep 5, 2012 - Abstract Disabled people require assistance with the motion of their lower limbs to improve rehabilitation. Exoskeletons used for lower limb ...
ARTICLE International Journal of Advanced Robotic Systems

Customizable Rehabilitation Lower Limb Exoskeleton System Regular Paper

Riaan Stopforth1,*  

1 Mechatronics and Robotics Research Group (MR2G) Bio-Engineering Unit, University of KwaZulu-Natal * Corresponding author E-mail: [email protected]

  Received 16 Jul 2012; Accepted 5 Sep 2012 DOI: 10.5772/53087 © 2012 Stopforth; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract  Disabled  people  require  assistance  with  the  motion  of  their  lower  limbs  to  improve  rehabilitation.  Exoskeletons used for lower limb rehabilitation are highly  priced and are not affordable to the lowerincome sector of  the  population.  This  paper  describes  an  exoskeleton  lower  limb  system  that  was  designed  keeping  in  mind  that  the  cost  must  be  as  low  as  possible.  The  forward  kinematic system that is used must be a simplified model  to decrease computational time, yet allow the exoskeleton  to be adjustable according to the patient’s leg dimensions.    Keywords  Lower  limb  exoskeleton,  rehabilitation,  customizable 

The  21st  century  has  seen  the  realization  of  wearable  robots.  From  their  first  introduction  into  the  industrial  workplace  in  the  1960s  (Craig,  2005),  robots  have  developed  at  an  incredible  rate  and  now  encompass  almost  every  aspect  of  modern  society.  Wearable  robots  are  defined  as  “a  mechatronic  system  that  is  designed 

around the shape and function of the human body, with  segments and joints corresponding to those of the person  it  is  externally  coupled  with”  (Mohammed  and  Amirat,  2008).  A  bio‐mechatronic  system  is  needed  for  such  wearable  robots,  which  is  the  integration  of  biology,  mechanical,  electronic  and  computer  engineering,  as  shown  in  Figure  1  (Naidu  et  al.,  2012).  Due  to  technological  developments,  robotic  exoskeleton  systems  have  evolved  from  rudimentary  prototypes  with  limited  application  to  highly  sophisticated  devices.  These  systems  have  the  ability  to  enhance  the  performance  of  humans  and  enable  disabled  individuals  to  perform  actions according to the Activities of Daily Living (ADL).    There  are  approximately  250 000  cases  of  spinal  cord  injuries per annum in the United States of America alone  (Koslowski,  2009).  Severe  trauma  to  the  spinal  cord  may  result  in  paraplegia  or  tetraplegia.  Paraplegia  is  the  loss  of  motor  function  in  the  lower  extremities,  usually  with  retained  upper  limb  functions.  Damage  to  the  central  nervous system or spinal cord injuries may result in such  a  loss  of  upper  or  lower  limb  motor  functions  (Stokes,  2010).  An  exoskeleton  structure  is  required  for 

www.intechopen.com

Int J Adv Robotic Sy,Limb 2012, Vol. 9, 152:2012 Riaan Stopforth: Customizable Rehabilitation Lower Exoskeleton System

 

1. Introduction 

1

individuals  who  w have  lostt  their  motor  functions  in  their  lower  limbss.  Such  an  injury  could  result  in  the  implementation of the low wer limb exosk keleton.  

  Figure 1. Bio‐M Mechatronics integration concept 

The  concept  of  using  an  exoskeleton  for  protectio on  or  enhancementt  has  been  aaround  for  hu undreds  of  years.  y was only receently that pow However, it w wered exoskeleetons  became  a  reaality.  One  of  the  first  conttributions  to  early  e developmentt  of  po owered  exo oskeletons  was  N”. This full b “HARDIMAN body exoskeleeton was desig gned  by General E Electric Co. in  the 1960s, comprising an iinner  and  outer  ex xoskeleton  wh hich  operated  on  a  master/sslave  control  schem me  (Pons,  20008).  In  the  lasst  five  years  there  t has  been  major  m develop pment  in  exo oskeleton  systems  (Mohammed d  and  Amiratt,  2008).  Systtems  such  ass  the  Hybrid  Assisstive  Limb  (H HAL),  which  iis  now  in  the  fifth  generation,  and  a Berkley’ss  BLEEX,  disp play  cutting  edge  modern techn nology.     d by  researchers  r att  the  University  of  HAL‐5  was  designed  Tsukuba,  Jap pan.  The  HAL L‐5  was  aimed d  at  meeting  both  strength  aug gmentation  an nd  rehabilitattion  requirem ments.  HAL‐5  is  a  full  f body  exosskeleton  whicch  is  controlled  by  two  control  schemes,  naamely  “Bio‐cy ybernetic  con ntrol”  and “cyberneetic robot conttrol” (Sanaki,  2006). The forrmer  control  schem me  utilizes  ellectromyograp phy  (EMG)  siignal  detection  forr  augmentatio on  operation.  The  latter  con ntrol  scheme is ussed for repetittive activities  or when theree are  no  viable  EM MG  signals.  This  draws  on  a  databasse  of  predefined m motions for a sspecific operattor (Inc, 2011).     r exoskeeleton  which  was  BLEEX  is  a  lower  limb  robotic  y researchers  at the Univerrsity of Califo ornia,  developed by Berkley,  in  an  effort  to o  improve  the  t load  beaaring  o operato or. BLEEX  is  controlled  c thro ough  capabilities  of the  a  highly  sen nsitive  controll  system  whicch  uses  data  ffrom  sensors  on  the  exoskeleto on  to  predict  the  movemen nt  of  here  are  no  sensors  s measu uring  the  operator.  However,  th the  interactiion  force  beetween  the  operator  o and  the  exoskeleton ((Kazerooni, 20005).  2

Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 152:2012

The  objectives  an nd  contributio on  of  the  reseearch  were  to o  desiign,  simulatee,  design  aand  test  a  lower  limb b  exosskeleton  sysstem,  which  would  be  the  initiall  consstruction  for  future  reseaarch  on  adva anced  roboticc  prossthetics.  Thiss  system  wo ould  be  main nly  used  forr  reha abilitation  of  the  lower  lim mbs  by  mean ns  of  motion n  with hin  the  gait  cycle.  c Future  d development  and  research h  coulld then be bassed on this research.    ntegration  of  the  t biologicall  Thiss  paper  invesstigates  the  in and  mechanical  systems  s withiin  a  body,  an nd  that  of  thee  bjectives  and  contributionss  desiigned  exoskelleton.  The  ob werre to develop aa forward kineematic model of the system m  to  allow  a for  the  motions  of  walking.  Thee  exoskeleton n  systtem  is  requireed  to  cost  lesss  than  US$  3,0 000,  thereforee  requ uiring  a  systtem  that  is  rreliable,  safe  and  with  a  a simp plified  contro ol  system.    Sim mulations  for  the  gait  cyclee  are  shown  and d  tests  are  performed  to  t show  thee  relationship betw ween actuatorss and the reha abilitation of aa  persson in motion..  2. Biiological and M Mechanical In ntegration  The  lower  limb  of  o the  human n  skeleton  com mprises  threee  mary  joints,  namely  n the  h hip,  knee  and d  ankle.  Thee  prim Deg grees  Of  Freeedom  (DOF F)  each  jointt  permits  iss  illusstrated in Figu ure 2 (Sanaki, 22006). 

  Figu ure 2. Lower lim mb degrees of freeedom 

The  research  off  the  lower  limbs  initiallly  neglected d  stab bility and focu used mainly on n the motion o of the system..  The  operator’s  baalance  could  b be  maintained d  through  thee  a such  as  crutches.  Th he  aim  of  thee  use  of  stability  aids,  reseearch is to rehaabilitate the m motion of a perrson’s legs.  www.intechopen.com

Hip  abduction/adduction  and  internal  rotation  do  not  play a significant role during the walking cycle (Hian Kai  et  al.,  2009),  and  were  omitted  from  the  design.  The  design  developed  is  seen  in  Figure  3,  which  permitted  walking  in  a  straight  line.  This  straight  line  walking  means  that  the  hip,  knee  and  ankle  joints  permit  articulation of the limbs in the sagittal plane (Naidu et al.,  2011b). 

selected  such  that  the  maximum  torque  was  met,  which  allows  for  the  operator  to  be  raised  or  lowered  from  a  seated  position.  Electric  linear  actuators  from  Phoenix  Mecano’s  LZ60  range  were  selected  as  they  offered  high  speed/load  capabilities  and  a  less  bulky  design  than  direct mounted rotational actuators.  3. Customizable Kinematic Model  A kinematics analysis was undertaken for the lower limb  exoskeletons.  The  Denavit‐Hartenberg  (D‐H)  convention  was incorporated for assigning the reference frames. The  transformation  matrix  shown  in  Equation  (1),  represents  joint i relative to joint i‐1. The exoskeletons are rigid serial  mechanisms,  which  allow  for  the  end‐effecter  to  be  represented relative to the fixed base frames (Craig, 2005).  

 

  Figure 3. Lower limb design 

The  ranges  of  motion  for  the  joints  are  constrained  such  that  hyper‐extension  and  hyper‐flexion  do  not  occur.  These  ranges  are  tabulated  in  Table  1  (Naidu  et  al.,  2011b).  Mechanical  stops  at  the  extremities  act  as  a  failsafe  in  the  event  of  an  electrical  or  software  failure  from the safety switches. Lower operational limits can be  entered  on  a  graphics  user  interface  (GUI)  should  a  patient need rehabilitation at lower angles. 

 

Table 1. Joint range of motion 

Both  the  hip  and  knee  DOF  were  actuated,  while  the  ankle  joint  was  designed  to  be  passive.  A  torsion  spring  mounted at the ankle was used to return the foot plate to  a neutral position during the swing phase of the walking  cycle. Data from clinical gait analysis (Riener et al., 2002)  were  evaluated  to  determine  the  joint  torques  for  the  actuated  DOF.  For  a  100  kg  system,  the  torque  requirement  for  hip  extension  was  80  Nm.  The  torque  required  for  knee  extension  during  stair  climbing  was  140 Nm  and  50  Nm  during  walking.  Actuators  were  www.intechopen.com

��� ��� ����� �� ��� ����� 0

���� ��� ����� ��� ����� 0

0 ������ ����� 0

���� ������ �� �       (1)  ����� �� 1

Where:     ��−1=distance from ��−1 to �� about ��−1     �� =angle from ��−1 to �� about ��−1     �� =angle from ��−1 to �� about ���   �� =distance from ��−1 to �� along ��    The lower limbs have identical kinematic chains, thus the  fixed  reference  frame  was  defined  at  the  hip,  and  the  transformation matrices relating the ankle to the reference  frame  were  found.  These  matrices  can  be  seen  in  Equations  (2)  ‐  (4),  which  have  been  derived  from  Equation (1) (Naidu et al., 2011b).   

 

 

��� ��

 

� ��

�1 ��1 0 0 �1 �1 0 0 �                              (2)  ��� 0 0 1 0 0 0 0 1

� ��

� ��

1 0 ��� 0 0

0 1 0 0

�� ��� �� �� �� 0 0 0 0

0 0 1 0

�1 0 �                                (3)  0 1

0 0 1 0

�� 0 �                            (4)  0 1

The  forward  kinematics  of  the  exoskeleton  leg  were  obtained using Equation (5) (Craig, 2005). This kinematics  model  relates  the  end‐effector  to  the  origin  of  the  base  frame, which is represented by the GH joint.   

� ��

� ��� ��� � ��� ��                               (5) 

Riaan Stopforth: Customizable Rehabilitation Lower Limb Exoskeleton System

3

3.1 Inverse Kinematic Models (Naidu et al., 2012)  m existt,  of  Several  inveerse  kinematiic  iterative  methods  which  the  Damped  D Leaast  Squares  (DLS)  ( metho od  is  superior  arou und  singulariities  and  com mplex  designs.  The  DLS  method d  implements  the  Jacobian n  of  the  positiional  vector  of  thee  mechanism m  and  is  requ uired  to  solvee  the  change in ߴ௜  (Buss, 2004).     Matrix  ଴ଷܶ is  in the form off Equation 1 aand the X ,Y an nd Z  he  base  framee,  are  terms  of  the  end‐effector,  relative  to  th represented b by the first thrree rows of the last column.. The  end‐effector  is  considered d  to  be  the  foot  part  off  the  on  of  the  end d‐effector  willl  be  exoskeleton.  This  positio n  of  represented  by  S  (Equattion  6)  and  is  a  function dߴସ .   ߴଵ ǡ ߴଶ ǡ ߴଷ  and  

‫ܬ‬ൌ

డௌሾ௝ሿ డణ೔

                                         (7) 

The change iin ߴ௜  can be determined by  Equation 8 (B Buss,  2004).   

Δϑ =(inv v(J’J + λ2I)*J’)*eerror                    (8) 

mping  J’,  λ  and  I  represent  thee  Jacobian  traanspose,  dam i matrrix  respectively.  The  dam mping  factor  and  identity  factor  comp pensates  the  computationaal  problems  as  a  gularities (Na eet al., 2008).   result of sing   w its  transspose  The  multipliication  of  the  Jacobian  with  produces  a  square  maatrix  which  allows  for  the  computation  of  the  inverrse  of  this  multiplication.  The  m error  value  is  i the  differen nce  between  the  t initial  possition  and  the  target  position.  This  T is  updateed  in  the  iteraation.  The  algorith hm  of  the  DLS  D method  is  illustrated d  in  Figure 4.  Thee  iteration  pro ocess  is  depen ndent  on  the  error  e value  which  is  initially  calculated.  Thee  angle  chang ge  is  then  iterativ vely  solved  and  a the  errorr  value  and  joint  angles  are  updated.  u Thiss  process  is  repeated  r untill  the  error value iss reduced to a desired toleraance.    The  inverse  kinematics  were  w derived d  analytically  and  verified  throu ugh  simulation ns  on  Matlab® ®.  The  worksp pace,  seen  in  Figurre 5,  was  mod delled  with  th he  use  of  Matllab®,  which  used  a  random  nu umber  generaation  method,  and  m ran nge  of  motion n  for  each  leg.  For  depicts  the  maximum  4

Erro or = target – curr ent position

Wh hile error > value

Δ� =(inv(J’J = + λ²I))*J’)*error

ܺሺߴ ߴଵ ǥ ߴ௜ ሻ ߴଵ ǥ ߴ௜ ሻ቏                                      (6)   ܵ ൌ ቎ܻሺߴ ܼሺߴ ߴଵ ǥ ߴ௜ ሻ

n  of  small  ang gle  changes  iss  a  function  of  the  The  iteration Jacobian  and d  results  in  a  linear  derivattion  of  the  inv verse  kinematics.    n  is  representted  by  Equatiion  7 (Buss,  2004).  The  Jacobian This  will  result  in  an  m  x  x n  matrix;  in  this  model  m  m =  3  and n = 4.   

simu ulation purposses, limb lengtths were set to o L1 = 500 mm m  and L2 = 430 mm ffor the thigh an nd shank respeectively. 

Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 152:2012

Update error

Upd date theta

  Figu ure 4. Flowchartt illustrating thee iteration proceess of the DLS  meth hod 

The  plane  in  Figu ure  5  represen nts  the  sagitta al  plane,  with h  the  anterior  of  th he  model  facin ng  the  positiv ve  x  direction..  The workspace d depicts the ran nge of motion n  of the swing g  leg  (blue),  while  the  stance  leeg  (green)  is  included  forr  ual  reference  only.  The  fulll  scope  of  th he  workspacee  visu inclu w standing g  udes  the  jointt  ranges  both  for  motion  while  upriight and in a sseated position n. 

Figu ure 5. Range of m motion for loweer limbs 

4. C Control Architeecture  Instructions  such h  as  joint  chan nges  or  co‐orrdinate  pointss  n  a  GUI.  Thee  data  is  sen nt  to  Matlab® ®  are  performed  on whiich  calculates  the  relevant  k kinematic  calcculations.  Thee  putted  joint  an ngles  are  then  sent  to  thee  calculated  or  inp relevant  microcon ntrollers  whicch  will  carry  out  o the  motorr  www.intechopen.com

control operaations. The Ro obotic Commu unication Prottocol  (Stopforth et  al., 2011) wass used to send d data between n the  devices.  A  PD  P control  system  was  imp plemented  on n  the  system.  A  GUI  G interface  allows  the  user  to  controll  the  exoskeleton  system  through  Matlab® ®.  The  kinem matic  models  are  calculated  an nd  these  ang gles  are  used d  as  references  within  w the  conttrol  system.  Feedback  F enco oders  allow for thee positional co ontrol model, w which is show wn in  Figure  6.  Thee  microcontro oller  relays  th he  position  con ntrol  back to Matlaab®. 

The  LZ60P0150  linear  actuato ors  from  Pho oenix  Mecano o  werre  used  in  thee  design  of  th he  exoskeleton  legs.  Thesee  actu uators operatee at 36 V and ccan exert a forrce of 2000 N..  Testts indicated th hat there is a llinear relation nship between n  the  actuator  feed d‐rate  and  th he  gait  cycle,  as  shown  in n  Figu ure 9. 

  Figure 6. Conttrol architecturee of the PD contrrol implemented d in  the exoskeleton n system 

The microcontroller that w was used for  the control of the  nsory  network k  is  the  ATM Mega  linear  actuattors  and  sen 1280  on  an  Arduino  A boarrd.  Limit  swittches  were  pllaced  on  the  actuaators  to  act  ass  a  fail  safe  sy ystem,  should d  the  feedback  fro om  the  enco oders  on  the  actuators  give  inaccurate  reesults.  The  limit  switches  acted  as  hom ming  positions, wh hich reset thee counters on  the encoderss and  therefore  prevented  p t the  person  from  inju uring  themselves.  The  electroniic  integration n  of  the  systeem  is  gure 7.  shown in Fig

  Figu ure 8. Constructiion of the lowerr limb exoskeletton that is  bein ng tested for com mfort and motio on 

  Figure 7. Systeem integration o of the exoskeleto on legs 

5. Tests and R Results  The design o of the lower lim mb exoskeleto on was kept sim mple  so as to havee a platform to o perform testts and observee the  interaction off the human‐m machine interaaction. The deesign  of  the  lowerr  limb  exoskeeleton  that  was  w constructeed  is  shown in Fig gure 8.    A stand was  developed to o mount the ex xoskeleton leg gs to,  allowing for free motion as if the person n were walkin ng on  air. This elim minated the pro oblematic areaa of instability y and  injuring of an ny person duee to the exoskeeleton tipping g and  falling. 

The graph in Figu ure 9 shows th hat the actuato or with a feed‐‐ rate of approximaately 28 mm/s would allow the knee jointt  to  rotate  r 90°  in  1  second.  Reesults  shown  in  Figure  100  indiicate the relatiionship betweeen the actuattor length and d  flexiion of the leg.

www.intechopen.com

Riaan Stopforth: Customizable Rehabilitation Lower Limb Exoskeleton System

Figu ure 9. Graph of ffeed rate (x 10‐1 m/s) vs.gait cyccle 

5

 

Figu ure 12. Average hip flexionjointt angle within th he gait cycle 

Figure 10. Graph of actuator llength (mm) vs.knee flexion 

The  graph  in n  Figure  10  sh hows  that  for  a  120°  revolu ution,  the actuator m moves from 270 mm down to 118 mm, giiving  the required  stroke length  of approximaately 150 mm.. Full  motion of the actuators alllow for the fu ull gait cycle tto be  completed, aas required forr rehabilitation.The final deesign  of  the  lowerr  limb  exoskelleton  being  teested  is  show wn  in  Figure 11. 

Figu ure 13. Average knee extensionjjoint angle with hin the gait  cyclee 

The maximum po ower of the acctuators for th he hip flexion n  and  knee  extensions  were  reco orded  as  bein ng  110  W  and d  50 W W respectively y.  6. C Conclusion 

  Figure 11. The lower limb exo oskeleton being tested 

The  control  system  was  tested  t for  the  weight  of  1000  kg  person.  The  walking  motiion  was  initiaated  to  compleete  a  gait  cycle  within  w 3  secon nds.  The  hip  flexion  and  knee  extensionjoin nt  angles  weree  monitored  for  f the  gait  cy ycles,  and  the  averrage  values  were  w recorded d  as  illustrateed  in  Figure 12 and Figure 13 reespectively. C Constraint limiits of  d  for  the  hip p  and  knee  joint  55°  and  60°°  were  placed respectively.  6

Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 152:2012

The lower limb p prototype exosskeleton was  designed thatt  wed  for  hip,  knee  and  ank kle  joint  articu ulation  in  thee  allow sagiittal  plane.  Other  O DOF  were  elimin nated  on  thee  exosskeleton  fram me  as  these  mo otions  were  used  less  often n  for lleg rehabilitattion. The exosk keleton legs w were designed d  to  allow  a for  adjjustability  an nd  the  rehabiilitation  of  a  a persson  with  a  weight  w less  tthan  100 kg.  This  weightt  restrriction alloweed for a safety factor to be in ncluded.    d  to  derive  the  forward d  The  D‐H  notation  was  used kineematics  of  thee  mechanism.  The  D‐H  parrameters  weree  used d  to  derive  th he  relative  join nt  transformation  matrices..  The workspace off the design w was simulated d to determinee  mped  Least  Sq quare  method d  the  range  of  mottion.  The  Dam ve  the  inversee  kinematics  of  o the  system,,  wass  used  to  solv allow wing determin ning the anglee of each joint.    ound  to  be  288  The  feed‐rate  of  the  linear  actuators  was  fo m/s allowing th he knee joint tto rotate 90° in n 1 second, ass  mm requ uired for the g gait cycle. Forr a 120° revolu ution, a strokee  leng gth  of  150  mm  m is  requireed.  The  resullts  that  weree  obta ained for walk king motion h have shown th hat the controll  algo orithm and architecture hav ve caused an  overshoot forr  the  knee  joint  of  o 1°  above  the  constrain nt  limit  (60°))  www.intechopen.com

indicated  on  the  GUI.  An  undershoot  was  observed  by  the  hip  joint,  which  is  possibly  due  to  the  load  on  the  actuators that damped the chance of an overshoot.    The  operation  of  the  biological  leg  and  previous  lower  limb  exoskeletons  were  researched.  The  mechanical  properties  of  the  biological  leg  were  correlated  to  the  design and development of the exoskeleton legs to allow  rehabilitation  in  the  sagittal  plane.  The  objectives  explained  in  the  introduction  were  achieved.  The  integration of the electronic system to control and operate  the mechanical system was explained in the paper. Safety  implementation  of  the  system  was  integrated  mechanically,  electronically  and  by  means  of  software.   The  research  has  developed  a  prototype  system  that  allows  for  the  rehabilitation  of  a  person’s  lower  limbs,  which came to a total cost of under US$ 3,000.Satisfactory  results  were  obtained  to  allow  future  work  to  be  performed on the system.  6.1. Future Work  The actuators that were used in the prototype system had  a low torque and speed which could be increased to allow  rehabilitation  of  people  with  greater  weight.  Higher  torque  actuators  that  have  a  low  weight  ratio  would  be  more  beneficial,  but  would  increase  the  cost.  The  prototype  system  could  be  improved  and  expanded  for  different  types  of  applications.  Adaptive  control  architecture  could  be  implemented  into  the  GUI  model  that will take into account the weight of the person. These  variables  could  be  determined  by  sensors  placed  on  the  exoskeleton lower limb system.    The  designed  lower  limb  exoskeleton  system  will  allow  for rehabilitation in an up‐right position. Investigation of  a  lower  limb  rehabilitation  system  in  a  seated  position  could  be  considered,  with  the  use  of  an  impedance  control system.  7. References  [1] Buss, S.R. (2004), ʺIntroduction to Inverse Kinematics  with  Jacobian  Transpose,  Pseudoinverse  and  Damped  Least  Squares  methodsʺ,  IEEE  Journal  of  Robotics and Automation, 17 April 2004.  [2] Craig,  J.J.  (2005),  Introduction  to  Robotics  ‐Mechanics  and  Control  3rd  ed.  Upper  Saddle  River:  Pearson  Prentice Hall.  [3] Hian  Kai,  K.,  Missel,  M.,  Craig,  T.,  Pratt,  J.E.,  Neuhaus,  P.D.  (2009),  ʺDevelopment  of  the  IHMC  Mobility  Assist  Exoskeleton”,  IEEE  International  Conference in Robotics and Automation (ICRA 2009),  pp. 2556‐2562.  

[4] Inc.,  C.  (2011).  “Hybrid  Assistive  Limb”,  Available:  http://www.cyberdyne.jp/english/index.html, 18 May  2011  [5] Kazerooni,  H.,  Racine,  J.‐L.,  Lihua,  H.,  Steger,  R.  (2005),  ʺOn  the  Control  of  the  Berkeley  Lower  Extremity  Exoskeleton  (BLEEX),ʺ  IEEE  International  Conference of Robotics and Automation (ICRA 2005),  pp. 4353‐4360.   [6] Koslowski,  H.M.  (2009),  ʺSpinal  Cord  Injury:  Functional  Outcomes  in  2009  and  Beyond,ʺ  Northeast Florida Medicine, vol. 60, pp. 32‐35.   [7] Mohammed,  S.  and  Amirat,  Y.  (2008),  ʺTowards  intelligent  lower  limb  wearable  robots:  Challenges  and perspectives ‐ State of the artʺ, IEEE International  Conference  on  Robotics  and  Biomimetics,  2008,  pp.  312‐317.  [8] Na,  M.,  Yang,  B.,  and  Jia,  P.  (2008),  ʺImproved  damped least squares solution with joint limits, joint  weights  and  comfortable  criteria  for  controlling  human‐like  figures.,ʺ  IEEE  Conference  on  Robotics,  Automation and Mechatronics, pp. 1090‐1095.  [9] Naidu,  D.,  Stopforth,  R.,  Bright  G.,  Davrajh,  S.  (2011a), ʺA 7 DOF exoskeleton arm: Shoulder, elbow,  wrist  and  hand  mechanism  for  assistance  to  upper  limb  disabled  individuals,ʺ  AFRICON,  2011,  Livingstone, Zambia; IEEE, pp. 1‐6, 13‐15 Sept. 2011  [10] Naidu,  D.,  Cunniffe,  C.,  Stopforth,  R.,  Bright,  G.,  Davrajh, S.  (2011),  “Upper  and  Lower  exoskeleton  limbs  for Assistive  and  Rehabilitative Applications”,  4th  Conference  of  Robotics  and  Mechatronics  (RobMech), Pretoria, South Africa, November 2011  [11] Naidu, D.,  Stopforth R., Davrajh S., Bright G. (2012),  “A Portable Passive Physiotherapeutic Exoskeleton”,  International  Journal  of  Advanced  Robotic  Systems,   InTech, Vol 9  [12] Pons,  J.L.  (2008),  “Wearable  Robots:  Biomechatronic  Exoskeletons”, Chichester, West Sussex: John Wiley &  Sons Ltd, 2008.  [13] Riener,  R.,  Rabuffetti,  M.,  Frigo,  C.  (2002),  ʺStair  ascent  and  descent  at  different  inclinationsʺ,  Gait  &  Posture, vol. 15, pp. 32‐44.  [14] Sankai, Y. (2006), ʺLeading Edge of Cybernics: Robot  Suit  HAL,ʺ  International  Joint  Conference  (SICE‐ ICASE 2006), pp. 1‐2.  [15] Stopforth,  R.,  Bright,  G.,  Davrajh,  S.,  Walker,  A.,  (2011),  ʺImproved  communication  between  manufacturing  robots,  ʺSouth  African  Journal  of  Industrial Engineering, vol. 22, pp. 99 ‐ 107.  [16] Stroke,  N.  I.  o.  N.  D.  a.  (2010),  “NINDS  Brachial  Plexus  Injuries  Information  Page”,  Available:  http://www.ninds.nih.gov/disorders/brachial_plexus/ brachial_plexus.htm, 31 May 2010.   

 

www.intechopen.com

Riaan Stopforth: Customizable Rehabilitation Lower Limb Exoskeleton System

7