This work focuses on the optimization of the training trajectory orientation using a robot as an advanced exercise machine (AEM) and muscle activations as biofeedback. Muscle recruitment patterns depend on trajectory parameters of the AEMs and correlate with the efficiency of exercise. Thus, improvements to training efficiency may be achieved by optimizing these parameters. The optimal regulation of these parameters is challenging because of the complexity of the physiological dynamics from person to person as a result of the unique physical features such as musculoskeletal distribution. Furthermore, these effects can vary due to fatigue, body temperature, and other physiological factors. In this paper, a model-free optimization method using Extremum Seeking Control (ESC) as a real-time optimizer is proposed. After selecting a muscle objective, this method seeks for the optimal combination of parameters using the muscle activations as biofeedback. The muscle objective can be selected by a therapist to emphasize or de-emphasize certain muscle groups. The feasibility of this method has been proven for the automatic regulation of an ellipsoidal curve orientation, suggesting the existence of two local optimal orientations. This methodology can also be applied to other parameter regulations using a different physiological effects such as oxygen consumption and heart rate as biofeedback.


翻译:这项工作的重点是利用机器人作为先进的锻炼机(AEM)和肌肉活化作为生物反弹,优化培训轨迹方向。肌肉招募模式取决于AEM的轨迹参数,并与锻炼效率相关。因此,通过优化这些参数,可以提高培训效率。由于肌肉骨骼分布等独特的物理特征使人与人之间的生理动态变得复杂,因此这些参数的最佳调控具有挑战性。此外,这些影响可能因疲劳、体温和其他生理因素而不同。本文建议采用不使用Extremum检索控制(ESC)的模型优化方法作为实时优化器。在选择肌肉目标后,该方法寻求将使用肌肉活化作为生物反弹的参数的最佳组合。治疗师可以选择肌肉目标来强调或不强调某些肌肉群。这一方法的可行性已经得到证明,可以自动调节雌性线性曲线方向,表明存在两种地方最佳方向。这一方法也可以用于其他参数管理,例如生物物理效果,作为生物氧消耗率。

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