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A Novel Myoelectric Control Scheme Supporting Synchronous Gesture Recognition and Muscle Force Estimation

这篇文章的强调点也是动作的选取,强调选取了日常生活中实用的动作。使用了MTL和Post-Processsing方法。

1. 引言

肌电控制主要有三种策略:

  • 阈值控制

  • 比例控制

  • 模式识别控制:是一种实现多元控制的有效方法

一个例子:一个肌电假手的抓取任务首先是调整手势使得形状贴合物体,然后采用合适的力抓取物体。

The early researches on myoelectric control generally focus on the realization of high-precision motion intention recognition, and most EMG pattern recognition schemes are carried out at the medium force level. A few researches that consider the motion intention and control force simultaneously appear now and then in recent years.

同步学习的一些方法:

  • Multivariate Bayesian hybrid expert model
  • multi-task learning based convolution neural network
  • AGrM

目前存在的问题:

  1. 研究的动作可区分度都很高
  2. 识别率低(76.55%)。一些解决方法:time-dependent power spectral descriptors (87.95%)

传统的post-processing algorithms:

  • window based
  • result confidence based
  • error tolerant and control strategy optimized

2. 实验

人数:11人(11男)

动作:11个

电极位置:小臂屈肌部分

实验曲线:

  • MVC
  • RFP task

    • sinusoidal (0 - 60% MVC):用于手势识别和力回归的训练数据获取
    • constant (40% MVC):用于autoencoder模型的训练
  • SFP task

归一化:EMG使用所有通道的绝对值最大值归一化,力曲线使用MVC归一化。

3. 方法

将预处理的手势sEMG样本和相应的力包络分别输入长短期记忆(LSTM)网络和多层感知器(MLP),并通过MTL技术同步获得原始手势类别和瞬时力的结果。特别是应用了一种基于阈值方法的后处理算法,克服了力的变化对手势识别精度的影响。

MTL:

  • 硬参数共享
  • 软参数共享

LSTM: 识别动作

  • LSTM的输入等于电极通道的维度
  • LSTM的神经元个数取决于窗口长度
  • 每一个隐层后都有一个Relu层
  • 最后一个全连接层为softmax层

MLP(多层感知机):用于实时力估计(MLP 是一个由全连接层构成的多层神经网络,主要有输入层、隐藏层、和输出层)