experimental evaluation of a mixed controller that amplifies spatial errors and reduces timing errors

تقييم تجريبي لمتحكّم مختلط يضخّم الأخطاء المكانية ويقلل أخطاء التوقيت

Clicks: 291
ID: 164451
2017
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #17 of 32 articles by views in canadian journal of philosophy

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Abstract
Research on motor learning suggests that training with haptic guidance enhances learning of the timing components of motor tasks, whereas error amplification is better for learning the spatial components. We present a novel mixed guidance controller that combines haptic guidance and error amplification to simultaneously promote learning of the timing and spatial components of complex motor tasks. The controller is realized using a force field around the desired position. This force field has a stable manifold tangential to the trajectory that guides subjects in velocity-related aspects. The force field has an unstable manifold perpendicular to the trajectory, which amplifies the perpendicular (spatial) error. We also designed a controller that applies randomly varying, unpredictable disturbing forces to enhance the subjects’ active participation by pushing them away from their “comfort zone.” We conducted an experiment with thirty-two healthy subjects to evaluate the impact of four different training strategies on motor skill learning and self-reported motivation: (i) No haptics, (ii) mixed guidance, (iii) perpendicular error amplification and tangential haptic guidance provided in sequential order, and (iv) randomly varying disturbing forces. Subjects trained two motor tasks using ARMin IV, a robotic exoskeleton for upper limb rehabilitation: follow circles with an ellipsoidal speed profile, and move along a 3D line following a complex speed profile. Mixed guidance showed no detectable learning advantages over the other groups. Results suggest that the effectiveness of the training strategies depends on the subjects’ initial skill level. Mixed guidance seemed to benefit subjects who performed the circle task with smaller errors during baseline (i.e., initially more skilled subjects), while training with no haptics was more beneficial for subjects who created larger errors (i.e., less skilled subjects). Therefore, perhaps the high functional difficulty of the tasks limited the potential benefit of mixed guidance. Adding random disturbing forces during training reduced the learning effect size compared to no haptics. The unanticipated forces also decreased the subjects’ feelings of competence while did not increase their effort and interest. Further studies with mildly affected neurologically patients employing easier tasks need to be performed in order to evaluate the applicability of our approaches in rehabilitation.
تشير الأبحاث في مجال التعلّم الحركي إلى أن التدريب باستخدام التوجيه اللمسي يُعزز تعلّم المكونات الزمنية للمهام الحركية، في حين يُعدّ تضخيم الخطأ أكثر فاعلية في تعلّم المكونات المكانية. نُقدّم في هذا البحث وحدة تحكم مبتكرة قائمة على التوجيه المختلط، تجمع بين التوجيه اللمسي وتضخيم الخطأ لتحفيز تعلّم المكونات الزمنية والمكانية للمهام الحركية المعقدة في آنٍ واحد. تتحقق وحدة التحكم هذه عبر تطبيق مجال قوى حول الموضع المرغوب؛ حيث يتضمن هذا المجال مشعباً مستقراً مماساً للمسار يوجّه الخاضعين للاختبار في الجوانب المرتبطة بالسرعة، ومشعباً غير مستقر متعامداً مع المسار يعمل على تضخيم الخطأ المتعامد (المكاني). كما صممنا أيضاً وحدة تحكم تُطبّق قوى اضطراب متغيرة عشوائياً وغير متوقعة، لتعزيز المشاركة الفعالة للمشاركين عبر إخراجهم من "منطقة الراحة". أجرينا تجربة شملت اثنين وثلاثين مشاركاً من الأصحاء لتقييم أثر أربع استراتيجيات تدريب مختلفة على تعلّم المهارات الحركية والدافعية المبلّغ عنها ذاتياً: (1) غياب التوجيه اللمسي، (2) التوجيه المختلط، (3) تضخيم الخطأ المتعامد والتوجيه اللمسي المماسي المقدّمان بترتيب متسلسل، و(4) قوى الاضطراب المتغيرة عشوائياً. تدرّب المشاركون على مهمتين حركيتين باستخدام ARMin IV، وهو هيكل روبوتي خارجي لإعادة تأهيل الأطراف العلوية: تتبّع دوائر باتباع منحنى سرعة بيضاوي، والتحرك على طول خط ثلاثي الأبعاد باتباع منحنى سرعة معقد. لم يُظهر التوجيه المختلط أي ميزات تعلّم ملحوظة مقارنة بالمجموعات الأخرى. وتشير النتائج إلى أن فاعلية استراتيجيات التدريب تعتمد على مستوى المهارة الأولي للمشاركين؛ إذ بدا أن التوجيه المختلط قد أفاد المشاركين الذين أَدّوا مهمة الدائرة بأخطاء أقل عند خط الأساس (أي المشاركين الأكثر مهارة في البداية)، في حين كان التدريب في غياب التوجيه اللمسي أكثر فائدة للمشاركين الذين ارتكبوا أخطاء أكبر (أي المشاركين الأقل مهارة). ولذلك، ربما حدّت الصعوبة الوظيفية العالية للمهام من الفائدة المحتملة للتوجيه المختلط. كما أدت إضافة قوى الاضطراب العشوائية أثناء التدريب إلى خفض حجم أثر التعلّم مقارنة بحالة غياب التوجيه اللمسي. بالإضافة إلى ذلك، قللت تلك القوى غير المتوقعة من شعور المشاركين بالكفاءة، في حين لم تُسهم في زيادة جهدهم أو اهتمامهم. وثمة حاجة لإجراء مزيد من الدراسات على مرضى الإصابات العصبية الطفيفة باستخدام مهام أكثر سهولة، وذلك لتقييم مدى قابلية تطبيق هذه المقاربات في مجال إعادة التأهيل.
Reference Key
marchal-crespo2017frontiersexperimental Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors
Journal canadian journal of philosophy
Year 2017
DOI
10.3389/frobt.2017.00019
URL
Keywords

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

No comments yet. Be the first to comment on this article.