Predictive simulation of human motion could provide insight into optimal techniques. In repetitive or long-duration tasks, these simulations must predict fatigue-induced adaptation. However, most studies minimize cost function terms related to actuator activations, assuming it minimizes fatigue. An additional modeling layer is needed to consider the previous use of muscles to reveal adaptive strategies to the decreased force production capability. Here, we propose interfacing Xia's three-compartment fatigue dynamics model with rigid-body dynamics. A stabilization invariant was added to Xia's model. We simulated the maximum repetition of dumbbell biceps curls as an optimal control problem (OCP) using direct multiple shooting. We explored three cost functions (minimizing minimum torque, fatigue, or both) and two OCP formulations (full-horizon and sliding-horizon approaches). We found that Xia's model modified with the stabilization invariant (10 or 5) was adapted to direct multiple shooting. Sliding-horizon OCPs achieved 20 to 21 repetitions. The kinematic strategy slowly deviated from a plausible dumbbell lifting task to a swinging strategy as fatigue onset increasingly compromised the ability to keep the arm vertical. In full-horizon OCPs, the latter kinematic strategy was used over the whole motion, resulting in 32 repetitions. We showed that sliding-horizon OCPs revealed a reactive strategy to fatigue when only torque was included in the cost function, whereas an anticipatory strategy was revealed when the fatigue term was included in the cost function. Overall, the proposed approach has the potential to be a valuable tool in optimizing performance and helping reduce fatigue-related injuries in a variety of fields.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学优化,统计学,计量经济学,决策理论,机器学习和计算神经科学中,代价函数,又叫损失函数或成本函数,它是将一个或多个变量的事件阈值映射到直观地表示与该事件。 一个优化问题试图最小化损失函数。 目标函数是损失函数或其负值,在这种情况下它将被最大化。
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
143+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
28+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员