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Enregistrement W4324116526 · doi:10.1109/tase.2023.3254583

Proximal Policy Optimization With Time-Varying Muscle Synergy for the Control of an Upper Limb Musculoskeletal System

2023· article· en· W4324116526 sur OpenAlexaff
Rong Liu, Jiaxing Wang, Yaru Chen, Yin Liu, Yongxuan Wang, Jason Gu

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Automation Science and Engineering · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueMuscle activation and electromyography studies
Établissements canadiensDalhousie University
Organismes subventionnairesFundamental Research Funds for the Central UniversitiesNational Key Research and Development Program of ChinaDepartment of Science and Technology of Liaoning ProvinceState Key Laboratory of Robotics
Mots-clésRobustness (evolution)Flexibility (engineering)Computer scienceArtificial intelligenceRobotAdaptabilityProcess (computing)Motion (physics)Control systemMathematicsEngineeringBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Because of their unique adaptability, flexibility, and robustness, musculoskeletal robotic systems are regarded potentially as next-generation robots. However, motion learning and generation of such a robotic system are still challenging. This paper presents a neuromuscular control method, namely, TMS-PPO, based on time-varying muscle synergy (TMS) and proximal policy optimization (PPO). The electromyogram (EMG) activation signals of actual human motions are decomposed to obtain TMSs based on the temporal properties of the TMS. The weights of networks are trained to generate the scale and phase coefficients through the PPO. The coefficients modulate the TMSs to generate appropriate activation patterns to optimize motion learning of the musculoskeletal system. To verify the effectiveness of the proposed method, the TMSs are extracted from human upper limb muscle activation signals, and we compare TMS-PPO with PPO in the motion learning and generation process of an upper limb musculoskeletal system. The results show that TMS-PPO can complete the control tasks because the average errors of the joints are less than 0.05 rad. In the meantime, TMSs are used as motion primitives of the musculoskeletal system to simulate the process of the human CNS controlling muscles. It shows that TMS-PPO reduces the energy consumption and improves the learning rate significantly compared with the PPO. The learning episodes reduce from$10^{4}$to$10^{3}$, which indicates that TMS-PPO has a stronger learning ability and better physiological explanation.Note to Practitioners—Due to the superiorities of the musculoskeletal system, humanoid robots that imitate human driven mechanisms are vigorously carried out worldwide. Taking advantages of human-like characteristics, the musculoskeletal robot provides new opportunities to understand and validate the human mechanisms of muscle control and motion learning, to compare the performance of the robot to that of humans as well as work in real world, e.g., human interactive robots, amusement robots and medical training robots in the future. However, strong redundancy, coupling, and nonlinearity of the system also raises many challenges for the investigation of the control problem. Inspired by how the human CNS controls a musculoskeletal system and realize motion generalization, a novel muscle-synergies-based neuromuscular control that combines time-varying muscle synergy (TMS) and Proximal Policy Optimization (PPO), namely, TMS-PPO is proposed in this paper. The learning efficiency of PPO and the physiological interpretation of the control process are improved during the motion learning and generation processes of the musculoskeletal system. Preliminary simulation experiments suggest that this method is feasible in terms of control accuracy and efficiency. Moreover, the performance of the TMS-PPO is comparable to the PPO without significant improvement. To solve this problem, in future work, we will introduce the cerebellar model into the control method which plays the role of adjusting and correcting the motions of the limbs to achieve accurate and stable control in the actions process of humans.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,005

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,006
Tête enseignante GPT0,217
Écart entre enseignants0,211 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations22
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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