Robotic walkers are a promising solution for physical and cognitive support to older adults. This paper proposes a low cost path following strategy combining the advantages of a simple mechanical braking guidance, such as safety, passivity, and a low cost, and the ones of a vibrotactile haptic guidance, such as comfort and portability. The user is guided by providing indications on the directions of motion using the haptic interface so that he/she can autonomously and comfortably follow the planned path. However, whenever the user significantly departs from the path (for instance, s/he gets too close to obstacles), the braking system kicks in to safely steer the user back along the proper direction. The formal correctnesses of the hybrid strategy ruling the combination of the two guidance systems is proved theoretically. Moreover, a comprehensive experimental study with users aged 64 to 100, including also psychological evaluations, has been performed. The hybrid combination of the braking and the haptic guidance systems is shown to outperform the two individual approaches in isolation. The combination of the two retains the same level of the users’ perceived comfort typical of the haptic-only guidance while ensuring the adequate path following performance typical of the braking-only guidance. In particular, the combined approach produces a mean path following error equal to 41% of the mean path following error ensured by the haptic-only approach. Conversely, thanks to the haptic feedback, the combined approach halves the activation time and the number of interventions needed in the braking-only approach.

中文翻译：

---

结合 Haptic 和 Bang-Bang 制动动作用于被动机器人步行者路径跟随

机器人助行器是为老年人提供身体和认知支持的有前途的解决方案。本文提出了一种低成本路径跟随策略，结合了简单机械制动引导的安全性、被动性和低成本等优点，以及振动触觉触觉引导的舒适性和便携性等优点。通过使用触觉界面提供关于运动方向的指示来引导用户，以便他/她可以自主且舒适地遵循计划路径。然而，每当用户明显偏离路径时（例如，他/她离障碍物太近），制动系统就会启动以安全地将用户引导回正确的方向。从理论上证明了两种制导系统结合的混合策略的形式正确性。而且，已经对 64 至 100 岁的用户进行了全面的实验研究，还包括心理评估。制动和触觉引导系统的混合组合被证明在单独的情况下优于两种单独的方法。两者的结合保持了用户感知到的仅触觉引导典型的相同水平的舒适度，同时确保了仅制动引导典型的足够路径跟随性能。特别地，组合方法产生的平均路径跟随误差等于仅触觉方法确保的平均路径跟随误差的 41%。相反，由于触觉反馈，组合方法将激活时间和仅制动方法所需的干预次数减半。还进行了心理评估。制动和触觉引导系统的混合组合被证明在单独的情况下优于两种单独的方法。两者的结合保持了用户感知到的仅触觉引导典型的相同水平的舒适度，同时确保了仅制动引导典型的足够路径跟随性能。特别地，组合方法产生的平均路径跟随误差等于仅触觉方法确保的平均路径跟随误差的 41%。相反，由于触觉反馈，组合方法将激活时间和仅制动方法所需的干预次数减半。还进行了心理评估。制动和触觉引导系统的混合组合被证明在单独的情况下优于两种单独的方法。两者的结合保持了用户感知到的仅触觉引导典型的相同水平的舒适度，同时确保了仅制动引导典型的足够路径跟随性能。特别地，组合方法产生的平均路径跟随误差等于仅触觉方法确保的平均路径跟随误差的 41%。相反，由于触觉反馈，组合方法将激活时间和仅制动方法所需的干预次数减半。制动和触觉引导系统的混合组合被证明在单独的情况下优于两种单独的方法。两者的结合保持了用户感知到的仅触觉引导典型的相同水平的舒适度，同时确保了仅制动引导典型的足够路径跟随性能。特别地，组合方法产生的平均路径跟随误差等于仅触觉方法确保的平均路径跟随误差的 41%。相反，由于触觉反馈，组合方法将激活时间和仅制动方法所需的干预次数减半。制动和触觉引导系统的混合组合被证明在单独的情况下优于两种单独的方法。两者的结合保持了用户感知到的仅触觉引导典型的相同水平的舒适度，同时确保了仅制动引导典型的足够路径跟随性能。特别地，组合方法产生的平均路径跟随误差等于仅触觉方法确保的平均路径跟随误差的 41%。相反，由于触觉反馈，组合方法将激活时间和仅制动方法所需的干预次数减半。两者的结合保持了用户感知到的仅触觉引导典型的相同水平的舒适度，同时确保了仅制动引导典型的足够路径跟随性能。特别地，组合方法产生的平均路径跟随误差等于仅触觉方法确保的平均路径跟随误差的 41%。相反，由于触觉反馈，组合方法将激活时间和仅制动方法所需的干预次数减半。两者的结合保持了用户感知到的仅触觉引导典型的相同水平的舒适度，同时确保了仅制动引导典型的足够路径跟随性能。特别地，组合方法产生的平均路径跟随误差等于仅触觉方法确保的平均路径跟随误差的 41%。相反，由于触觉反馈，组合方法将激活时间和仅制动方法所需的干预次数减半。