Mínima Mapeo de Señales EMG en Movimientos del Codo y Hombro Humanos en un Robot de Miembro Superior de Dos Grados de Libertad con Aprendizaje Automático
Autores: Laksono, Pringgo Widyo; Kitamura, Takahide; Muguro, Joseph; Matsushita, Kojiro; Sasaki, Minoru; Amri bin Suhaimi, Muhammad Syaiful
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Mínima Mapeo de Señales EMG en Movimientos del Codo y Hombro Humanos en un Robot de Miembro Superior de Dos Grados de Libertad con Aprendizaje Automático
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Investigación
Electromiografía
Brazo robótico
Modelos de aprendizaje automático
Modelos de clasificación
TKEO
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
Esta investigación se centra en el proceso mínimo de clasificación de tres movimientos del brazo superior (extensión del codo, extensión del hombro, extensión combinada del hombro y el codo) de humanos con tres señales de electromiografía (EMG), para controlar un brazo robótico de 2 grados de libertad (DoF). El proceso mínimo propuesto consta de cuatro partes: divisiones temporales de datos, operador de energía de Teager-Kaiser (TKEO), la extracción de características EMG convencional (es decir, el valor absoluto medio (MAV), cruces por cero (ZC), cambios de signo de pendiente (SSC) y longitud de onda (WL)), y ocho modelos principales de aprendizaje automático (es decir, árbol de decisión (medio), árbol de decisión (fino), k-vecinos más cercanos (KNN) (KNN ponderado, KNN (fino), máquina de soporte vectorial (SVM) (SVM cúbico y fino gaussiano), conjunto (árboles agrupados y KNN de subespacio). Luego, comparamos e investigamos 48 modelos de clasificación (es decir, se proponen 47 modelos y 1 modelo es el convencional) basados en cinco sujetos sanos. Los resultados mostraron que todos los modelos de clasificación lograron precisiones que oscilan entre el 74 y el 98%, y la velocidad de procesamiento está por debajo de 40 ms e indica un retraso aceptable del controlador para el control del brazo robótico. Además, confirmamos que el modelo de clasificación sin división temporal, con TKEO y con conjunto (KNN de subespacio) tuvo el mejor rendimiento en tasas de precisión del 96.67, tasas de recuperación del 99.66 y tasas de precisión del 96.99. En resumen, la combinación del TKEO propuesto y el conjunto (KNN de subespacio) juega un papel importante para lograr la clasificación EMG.
Descripción
Esta investigación se centra en el proceso mínimo de clasificación de tres movimientos del brazo superior (extensión del codo, extensión del hombro, extensión combinada del hombro y el codo) de humanos con tres señales de electromiografía (EMG), para controlar un brazo robótico de 2 grados de libertad (DoF). El proceso mínimo propuesto consta de cuatro partes: divisiones temporales de datos, operador de energía de Teager-Kaiser (TKEO), la extracción de características EMG convencional (es decir, el valor absoluto medio (MAV), cruces por cero (ZC), cambios de signo de pendiente (SSC) y longitud de onda (WL)), y ocho modelos principales de aprendizaje automático (es decir, árbol de decisión (medio), árbol de decisión (fino), k-vecinos más cercanos (KNN) (KNN ponderado, KNN (fino), máquina de soporte vectorial (SVM) (SVM cúbico y fino gaussiano), conjunto (árboles agrupados y KNN de subespacio). Luego, comparamos e investigamos 48 modelos de clasificación (es decir, se proponen 47 modelos y 1 modelo es el convencional) basados en cinco sujetos sanos. Los resultados mostraron que todos los modelos de clasificación lograron precisiones que oscilan entre el 74 y el 98%, y la velocidad de procesamiento está por debajo de 40 ms e indica un retraso aceptable del controlador para el control del brazo robótico. Además, confirmamos que el modelo de clasificación sin división temporal, con TKEO y con conjunto (KNN de subespacio) tuvo el mejor rendimiento en tasas de precisión del 96.67, tasas de recuperación del 99.66 y tasas de precisión del 96.99. En resumen, la combinación del TKEO propuesto y el conjunto (KNN de subespacio) juega un papel importante para lograr la clasificación EMG.