Measuring lower limb strength and symmetry is a common practice in elite sports to determine the return to sports point in time during rehabilitation, and this information could be useful for amateur athletes too. However, the devices used for this are highly sophisticated and hardly accessible. The aim of this project is to devise an affordable system for lower limb strength measurement which can be integrated with a common training system, to make this type of information widely available. The system is built up on a flywheel-based leg extension machine (LegExx by Exxentric AB) that allows quadriceps training at maximal force in concentric and eccentric contraction. Inexpensive standard components and software were used for prototyping. The parameters of interest were angular velocity of extension/flexion in the knee and force applied by the athlete. In the first step, evaluation was limited to the concentric phase of movement. Angular velocity and leg position was measured with a gyroscope sensor (Movesense by Suunto). For force measurement, two approaches were tested: In prototype A, the tension of the drive belt, which ultimately puts the flywheel into rotation, was measured with a sensor for tensile forces (Tindeq Progressor 300). In prototype B, a more direct measurement was used, with force sensors mounted under the contact point of the athlete’s shank with the swing beam of the LegExx. Sensor data were transmitted via Bluetooth to a mobile device or a laptop and displayed graphically after synchronization of the data streams. Force values were converted to torque using inverse kinematics to make the two prototypes comparable. The first prototypes were shown to be workable and yielded similar readings for concentric peak torque, with realistic wave forms in the graphical display. Comparison with results of a gold standard isokinetic dynamometer revealed, however, major discrepancies mainly regarding the absolute torque values. Oscillation in the belt system were identified as an issue in prototype A, while cross talk between sensors and vulnerability to leg placement occurred in prototype B. However, these issues are not insurmountable, and it is suggested to proceed with the development of prototype B, as it has the advantage of simultaneous measurement and direct comparison of both legs. / Att mäta styrka och symmetri i nedre extremiteterna är vanligt inom elitidrott för att avgöra när man kan återgå till idrottsutövning under rehabiliteringen, och denna information kan vara användbar även för amatöridrottare. De apparater som används för detta är dock mycket sofistikerade och svårtillgängliga. Syftet med detta projekt är att utforma ett prisvärt system för mätning av styrkan i nedre extremiteterna som kan integreras med ett vanligt träningssystem, för att göra denna typ av information allmänt tillgänglig. Systemet är uppbyggt på en svänghjulsbaserad benspark maskin (LegExx från Exxentric AB) som möjliggör quadriceps träning vid maximal kraft i koncentrisk och excentrisk kontraktion. Kostnadseffektiva standardkomponenter och mjukvara användes för prototypframställning. De parametrar som var av intresse var vinkelhastighet för utsträckning- /böjning i knäet och den kraft som utövades av idrottaren. I det första steget begränsades utvärderingen till rörelsens koncentriska fas. Vinkelhastighet och benposition mättes med en gyroskopisk sensor (Movesense från Suunto). För kraftmätning testades två tillvägagångssätt: I prototyp A mättes dragkraften i drivremmen, som i slutändan sätter svänghjulet i rotation, med en sensor för dragkrafter (Tindeq Progressor 300). I prototyp B användes en mer direkt mätning med kraftsensorer som monterades under kontaktpunkten mellan idrottsutövarens smalben och LegExx:s svängbalk. Sensordata överfördes via Bluetooth till en mobil enhet eller en bärbar dator och visades grafiskt efter synkronisering av dataströmmarna. Kraftvärden omvandlades till vridmoment med hjälp av invers kinematik för att göra de två prototyperna jämförbara. De första prototyperna visade sig fungera och gav liknande mätningar för koncentriskt toppmoment, med realistiska vågformer i den grafiska displayen. En jämförelse med resultaten från en isokinetisk dynamometer med guldstandard visade dock på stora skillnader, främst när det gäller de absoluta vridmomentvärdena. Oscillation i bältesystemet identifierades som ett problem i prototyp A, medan överkoppling mellan sensorer och känslighet för benplacering förekom i prototyp B. Dessa problem är dock inte oöverstigliga, och det föreslås att man fortsätter att utveckla prototyp B, eftersom den har fördelen av samtidig mätning och direkt jämförelse av båda benen.

Lower-limb exoskeletons are an emerging technology to provide walking assistance to people who have a spinal cord injury (SCI). Until now, exoskeletons have primarily been used in a clinical setting for a range of applications in rehabilitation, and there is potential for exoskeletons to be used by people with SCI at home. Daily walking with an exoskeleton contributes significantly to physical and mental health of the user, but previous work has concluded that further development is required before exoskeletons are broadly adopted for this purpose. ABLE Human Motion is currently working to create a lightweight and intuitive exoskeleton for home use. To understand how this exoskeleton must be designed differently from clinical rehabilitation exoskeletons, it is necessary to understand the user requirements of the device in depth. This thesis explored: 1) what methodology is appropriate for evaluating home use exoskeletons, 2) what users want to use a personal exoskeleton for, and 3) what design changes distinguish an exoskeleton for home use instead of rehabilitation. This was done using a combination of literature review, hazard analysis, user observations (n=7), user interviews (n=7), and physiotherapist interviews (n=3) to derive a detailed set of user requirements and product specifications for a personal exoskeleton for home use. Interviews were conducted face-to-face and analyzed using thematic analysis. Results of the study show that users primarily want to use a personal exoskeleton for daily exercise and wellness activities, in outdoor environments, and around the theme of “like-everyone-else”. Therapists added an additional theme of user trust in the device. These insights have been translated into a set of prioritized user requirements and product specifications for a lower-limb exoskeleton for walking assistance after SCI, which can be used in the future design and development of such a device. Future work will be to develop testing setups to further explore the product specifications, and to conduct observation studies of the exoskeleton being used in a home-like environment. / Exoskelett för de nedre extremiteterna är en framväxande teknik för att ge gångassistans till personer som har en ryggmärgsskada. Hittills har exoskelett främst använts i en klinisk miljö för en rad tillämpningar inom rehabilitering, men det finns potential för exoskelett att användas av personer med ryggmärgsskada för personligt bruk i hemmet. För att förstå hur personliga exoskelett måste utformas annorlunda än kliniska exoskelett är det nödvändigt att på djupet förstå användarens krav på enheten. Detta projekt använde en kombination av litteraturgranskning, riskanalys, användarobservationer, användarintervjuer och fysioterapeutintervjuer för att härleda en detaljerad uppsättning användarkrav och produktspecifikationer för ett personligt exoskelett för hemmabruk. Intervjuer analyserades med hjälp av tematisk analys. Resultaten av studien visar att användarna i första hand vill använda ett personligt exoskelett för dagliga tränings- och hälsoaktiviteter, i utomhusmiljöer och på temat ”som alla andra”. Andra viktiga teman för framtida utveckling var kring användarnas förtroende för enheten och bibehållande av motivation för daglig träning. Dessa teman har översatts till en uppsättning prioriterade användarkrav och produktspecifikationer för ett nedre extremitetsskelett för gångassistans efter en ryggmärgsskada som kan användas i framtida design och utveckling av en sådan enhet.