Graph-Driven Simultaneous and Proportional Estimation of Wrist Angle and Grasp Force via High-Density EMG

手腕 抓住 肌电图 计算机科学 运动学 人工智能 模拟 计算机视觉 物理医学与康复 解剖 医学 物理 经典力学 程序设计语言
作者
Dongxuan Li,Peiqi Kang,Yang Yu,Peter B. Shull
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (5): 2723-2732 被引量:23
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3373432
摘要

Myoelectric prostheses are generally unable to accurately control the position and force simultaneously, prohibiting natural and intuitive human-machine interaction. This issue is attributed to the limitations of myoelectric interfaces in effectively decoding multi-degree-of-freedom (multi-DoF) kinematic and kinetic information. We thus propose a novel multi-task, spatial-temporal model driven by graphical high-density electromyography (HD-EMG) for simultaneous and proportional control of wrist angle and grasp force. Twelve subjects were recruited to perform three multi-DoF movements, including wrist pronation/supination, wrist flexion/extension, and wrist abduction/adduction while varying grasp force. Experimental results demonstrated that the proposed model outperformed five baseline models, with the normalized root mean square error of 13.2% and 9.7% and the correlation coefficient of 89.6% and 91.9% for wrist angle and grasp force estimation, respectively. In addition, the proposed model still maintained comparable accuracy even with a significant reduction in the number of HD-EMG electrodes. To the best of our knowledge, this is the first study to achieve simultaneous and proportional wrist angle and grasp force control via HD-EMG and has the potential to empower prostheses users to perform a broader range of tasks with greater precision and control, ultimately enhancing their independence and quality of life.
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