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Surface Electromyography Image-Driven Torque Estimation of Multi-DoF Wrist Movements

1. Introduction

肌电控制主要有两个方案:

  • PR-based control
  • regression-based control

通常只包含时域特征或者频域特征。

多自由度手腕动作估计:

Regressionconvolutional neural network for improved simultaneous EMG control
Decoding simultaneous multi-DOFwrist movements from raw EMG signals using a convolutional neural network

肌电控制中,CNN模型能够用于减少电极移位的影响,并结合自我校准来在跨天的情况下保持性能。

本文的意义

力的变化会影响运动单元募集的空间分布,进而导致sEMG信号的不同空间模式。因此,将空间信息引入基于sEMG信号的SPC具有至关重要的意义。本文将每一时刻的高密度肌电作为一幅图像,使用CNN进行力矩估计。

Methods

实验范式:单自由度——5个 trial;双自由度——2个 trials。每个 trial 持续30s,动作的频率小于1Hz

神经网络的结构:27层

输入:8 × 24 × 1

输出:1 × 1 × 2

评价标准

对预测后的力矩进行了一个滑动窗口滤波,滤除了尖刺,更平滑更接近真实的力矩

与传统的回归器做比较

  • linear regression (LR)
  • support vector regression (SVR)
  • artificial neural network utilizing histogram of oriented gradient (annHOG) as features
  • CNN model with short-time Fourier transform (STFT-CNN)

3. Conclusion

  • 本文提出的方法有最高的相关系数,最小的nRMSE,最好的平滑度
  • 对CNN提取的特征做主成分分析,发现第一主成分和Fle-Ext的力矩相关;第二主成分和Pro-Sup的力矩相关