A model-free deep reinforcement learning approach for control of exoskeleton gait patterns

外骨骼 步态 强化学习 人工智能 计算机科学 机器人学 康复机器人 步态训练 模拟 工程类 康复 机器人 物理医学与康复 物理疗法 医学
作者
Lowell Rose,Michael C.F. Bazzocchi,Goldie Nejat
出处
期刊:Robotica [Cambridge University Press]
卷期号:40 (7): 2189-2214 被引量:36
标识
DOI:10.1017/s0263574721001600
摘要

Abstract Lower-body exoskeleton control that adapts to users and provides assistance-as-needed can increase user participation and motor learning and allow for more effective gait rehabilitation. Adaptive model-based control methods have previously been developed to consider a user’s interaction with an exoskeleton; however, the predefined dynamics models required are challenging to define accurately, due to the complex dynamics and nonlinearities of the human-exoskeleton interaction. Model-free deep reinforcement learning (DRL) approaches can provide accurate and robust control in robotics applications and have shown potential for lower-body exoskeletons. In this paper, we present a new model-free DRL method for end-to-end learning of desired gait patterns for over-ground gait rehabilitation with an exoskeleton. This control technique is the first to accurately track any gait pattern desired in physiotherapy without requiring a predefined dynamics model and is robust to varying post-stroke individuals’ baseline gait patterns and their interactions and perturbations. Simulated experiments of an exoskeleton paired to a musculoskeletal model show that the DRL method is robust to different post-stroke users and is able to accurately track desired gait pattern trajectories both seen and unseen in training.
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