Evaluation of Electromyogram Time Characteristics of the Wrist Functional Movements for Intuitive Control of Bionic Prosthesis
| Autor: | Vonsevych, Kostiantyn P., Bezuglyi, Mikhail O., Haponiuk, Andrii O. |
|---|---|
| Jazyk: | ukrajinština |
| Rok vydání: | 2018 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Наукові вісті КПІ; № 1 (2018): Engineering; 45-53 Научные вести КПИ; № 1 (2018): ; 45-53 Research Bulletin of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Politechnic Institute"; № 1 (2018): Engineering; 45-53 |
| ISSN: | 1810-0546 2519-8890 |
| Popis: | Проблематика. Особливості оцінки часових характеристик (TDF-характеристик) поверхневої електроміограми при виконанні функціональних рухів кисті руки та можливість їх імплементації в системі інтуїтивного керування біонічним протезом кінцівки.Мета дослідження. Розробка аналітичної моделі оцінки TDF-характеристик міографічних сигналів для базових функціональних рухів кисті та пальців пацієнта, а також дослідження можливостей її впровадження як базису для непараметричного методу класифікації.Методика реалізації. Створено одноканальну мікроконтролерну інформаційно-вимірювальну систему для реєстрації поверхневої електроміограми і розроблено аналітичну модель оцінки її TDF-характеристик на основі використання показників дисперсії та трапецоїдного інтеграла.Результати дослідження. З використанням методу k-NN-класифікації виміряного сигналу перевірено розроблену модель при аналізі нормалізованих і ненормалізованих даних розпізнавання функціональних рухів пальців кисті руки. Гранична отримана точність класифікації рухів становила 86,11 % і є прийнятною для використання при розробці методів автоматичного управління в системах керування біонічними протезами верхніх кінцівок або пальців рук.Висновки. Запропоновано аналітичну модель оцінки TDF-характеристик міографічних сигналів для базових функціональних рухів кисті руки на основі одноканальної вимірювальної системи та простого методу машинної класифікації. Ця модель є ефективною при роботі з невеликим набором характеристик сигналу та обмеженою кількістю вхідних даних, а точність її класифікації може бути підвищена при використанні більш широкої вибірки даних для навчання. Проблематика. Особенности оценки временных характеристик (TDF-характеристик) поверхностной электромиограммы при выполнении функциональных движений кисти руки и возможность их имплементации в системе интуитивного управления бионическим протезом конечности.Цель исследования. Разработка аналитической модели оценки TDF-характеристик миографических сигналов для базовых функциональных движений кисти и пальцев пациента, а также исследование возможностей ее внедрения в качестве базиса для непараметрического метода классификации.Методика реализации. Создана одноканальная микроконтроллерная информационно-измерительная система для регистрации поверхностной электромиограммы, и разработана аналитическая модель оценки ее TDF-характеристик на основе использования показателей дисперсии и трапецеидального интеграла.Результаты исследования. С использованием метода k-NN-классификации измеренного сигнала проверена разработанная модель при анализе нормализованных и ненормализованных данных распознавания функциональных движений пальцев кисти руки. Предельная полученная точность классификации движений составила 86,11 % и является приемлемой для использования при разработке методов автоматического управления в системах управления бионическими протезами верхних конечностей или пальцев рук.Выводы. В работе предложена аналитическая модель оценки TDF-характеристик миографических сигналов для базовых функциональных движений кисти руки на основе одноканальной измерительной системы и простого метода машинной классификации. Предложенная модель является эффективной при работе с небольшим набором характеристик сигнала и ограниченным количеством входных данных, а точность ее классификации может быть повышена при использовании более широкой выборки данных для обучения. Background. Time evaluation features of characteristics (TDF-characteristics) of a surface electromyogram when performing the palm functional movements and the possibility of their implementation in the bionic prosthetic limb intuitive control system.Objective. The aim of the paper is to develop the analytical model for evaluating the TDF-characteristics of myographic signals for basic functional movements of the patient’s wrist and fingers, as well as studying the possibilities of its implementation as a basis for non-parametric method of classification.Methods. A one-channel microcontroller based information measuring system was created for the registration of a surface electromyogram. The analytical model for evaluating its TDF-characteristics based on the use of variance and trapezoidal integral features was developed.Results. The developed model was tested using the method of k-NN classification of the measured signal in the analysis of normalized and non-normalized data of recognition of the fingers’ functional movements. The accuracy of movement classification was 86.11 % and is acceptable for use in the development of methods for automatic control in the control systems of bionic prosthetics of the upper limbs or fingers.Conclusions. The analytical model for evaluating the TDF-characteristics of myographic signals for the wrist basic functional movements based on one-channel measuring system and a simple method of machine learning technique were proposed in the study. The proposed model is effective when working with a small set of signal characteristics and a limited amount of input data, and its classification accuracy can be increased by using a wider sample of data for training. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|