論文の概要: D-Optimality-Guided Reinforcement Learning for Efficient Open-Loop Calibration of a 3-DOF Ankle Rehabilitation Robot

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.15707v1
• Date: Thu, 22 Jan 2026 07:20:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.902262
• Title: D-Optimality-Guided Reinforcement Learning for Efficient Open-Loop Calibration of a 3-DOF Ankle Rehabilitation Robot
• Title（参考訳）: D-Optimality-Guided Reinforcement Learning for Effient Open-Loop Calibration of a 3-DOF Ankle Rehabilitation Robot
• Authors: Qifan Hu, Branko Celler, Weidong Mu, Steven W. Su,
• Abstract要約: 本稿では,自己設計した3自由度3自由度足首リハビリテーションロボットの2段階キャリブレーションフレームワークを提案する。 Kronecker-product-based open-loop calibration法を開発し、入力出力アライメントを線形パラメータ同定問題にキャストする。 近似ポリシー最適化(PPO)エージェントは、50の候補セットから4つの情報的姿勢を選択するようシミュレーションで訓練される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7839709681312917
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Accurate alignment of multi-degree-of-freedom rehabilitation robots is essential for safe and effective patient training. This paper proposes a two-stage calibration framework for a self-designed three-degree-of-freedom (3-DOF) ankle rehabilitation robot. First, a Kronecker-product-based open-loop calibration method is developed to cast the input-output alignment into a linear parameter identification problem, which in turn defines the associated experimental design objective through the resulting information matrix. Building on this formulation, calibration posture selection is posed as a combinatorial design-of-experiments problem guided by a D-optimality criterion, i.e., selecting a small subset of postures that maximises the determinant of the information matrix. To enable practical selection under constraints, a Proximal Policy Optimization (PPO) agent is trained in simulation to choose 4 informative postures from a candidate set of 50. Across simulation and real-robot evaluations, the learned policy consistently yields substantially more informative posture combinations than random selection: the mean determinant of the information matrix achieved by PPO is reported to be more than two orders of magnitude higher with reduced variance. In addition, real-world results indicate that a parameter vector identified from only four D-optimality-guided postures provides stronger cross-episode prediction consistency than estimates obtained from a larger but unstructured set of 50 postures. The proposed framework therefore improves calibration efficiency while maintaining robust parameter estimation, offering practical guidance for high-precision alignment of multi-DOF rehabilitation robots.
• Abstract（参考訳）: 多自由度リハビリテーションロボットの正確なアライメントは、安全かつ効果的な患者訓練に不可欠である。 本稿では,自己設計した3自由度3自由度足首リハビリテーションロボットの2段階キャリブレーションフレームワークを提案する。 まず、Kronecker-product-based open-loop calibration法を開発し、入力出力アライメントを線形パラメータ識別問題にキャストし、結果の情報行列によって関連する設計目標を定義する。 この定式化に基づいて、キャリブレーション姿勢選択は、D-最適基準によって導かれる組合せ設計-実験問題として、情報行列の行列式を最大化する少数の姿勢を選択する。 制約下での実用的な選択を可能にするため、PPOエージェントをシミュレーションで訓練し、50の候補集合から4つの情報的姿勢を選択する。 PPOが達成した情報行列の平均行列式は、ばらつきを減らして2桁以上も高くなると報告されている。 さらに, 4つのD-最適誘導姿勢から特定されるパラメータベクトルは, 50個の姿勢の大きいが非構造的集合から得られた推定値よりも, 相互位相予測の一貫性が強いことを示す。 提案手法は,頑健なパラメータ推定を維持しながら校正効率を向上し,多自由度リハビリテーションロボットの高精度アライメントのための実用的なガイダンスを提供する。

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