FORECESSION ELECTROMYOGRAPHY RECOGNITION AND GESTURES SELECTION FOR PROTESIS CONTROL
Authors: Будко Р.Ю. , Чернов Н.Н. , Будко Н.А. , Будко А.Ю. 
Published: July 2024

Актуальность настоящего исследования обусловлена одной из главных проблем, существующих на сегодня области построения интерфейсов человек-машина – это создание эффективной системы управления, непосредственно взаимодействующей с пользователем и внешними устройствами замещения функций (протезы, инвалидные коляски и т.д.). В связи с этим, данная работа посвящена исследованию возможности использования физиологичных жестов из повседневной жизни человека для управления протезом при сохранности предплечья не менее чем на треть. Ведущим подходом к исследованию данной проблемы является применение методов статистической обработки экспериментальных данных, цифровой обработки сигналов, алгоритмов машинного обучения и распознавания образов. Данный подход позволяет комплексно исследовать электромиограмму (ЭМГ) предплечья при совершении произвольных движений на разных уровнях реализации системы миоуправления. В статье представлены результаты исследования ЭМГ, записанной для 11 произвольных движений с группы испытуемых, описана процедура предобработки ЭМГ и выделение характерных признаков для распознавания сигнала, раскрыт способ классификации движений посредством искусственной нейронной сети на основе радиальных базисных функций (РБФ). Были выявлены восемь наиболее пригодных для классификации движений и ранжированы по точности классификации: расслабление (как нулевое движение), раскрытие кисти, кулак, сгибание кисти, супинация кисти, разгибание кисти, пронация кисти, щепоть. Материалы статьи представляют практическую ценность для построения систем, основанных на интерфейсе «человек-машина», а также для задач классификации в приложениях электрофизиологии.

The relevance of this study is due to one of the main problems existing today in the field of building man-machine interfaces - is the creation of an effective management system that interacts directly with the user and external devices replacing functions (prostheses, wheelchairs, etc.). In this regard, this work is devoted to the study of the possibility of using physiological gestures from the daily life of a person to control the prosthesis with the safety of the forearm for at least one third. The leading approach to the study of this problem is the use of methods of statistical processing of experimental data, digital signal processing, machine learning algorithms and pattern recognition. This approach allows a comprehensive study of the electromyogram (EMG) of the forearm when making voluntary movements at different levels of the implementation of the myo-control system. The article presents the results of the EMG study recorded for 11 arbitrary movements from a group of subjects, describes the procedure for pre-processing the EMG and identifying characteristic features for signal recognition, discloses a method for classifying movements using an artificial neural network based on radial basic functions (RBF). Eight of the most suitable for classification movements were identified and ranked according to the classification accuracy: relaxation (like zero movement), hand opening, fist, hand flexion, hand supination, hand extension, hand pronation, pinch. The materials of the article are of practical value for building systems based on the human-machine interface, as well as for classification tasks in electrophysiology applications.