Walking-assistive devices require adaptive control methods to ensure smooth transitions between various modes of locomotion. For this purpose, detecting human locomotion modes (e.g., level walking or stair ascent) in advance is crucial for improving the intelligence and transparency of such robotic systems. This study proposes Deep-STF, a unified end-to-end deep learning model designed for integrated feature extraction in spatial, temporal, and frequency dimensions from surface electromyography (sEMG) signals. Our model enables accurate and robust continuous prediction of nine locomotion modes and 15 transitions at varying prediction time intervals, ranging from 100 to 500 ms. In addition, we introduced the concept of 'stable prediction time' as a distinct metric to quantify prediction efficiency. This term refers to the duration during which consistent and accurate predictions of mode transitions are made, measured from the time of the fifth correct prediction to the occurrence of the critical event leading to the task transition. This distinction between stable prediction time and prediction time is vital as it underscores our focus on the precision and reliability of mode transition predictions. Experimental results showcased Deep-STP's cutting-edge prediction performance across diverse locomotion modes and transitions, relying solely on sEMG data. When forecasting 100 ms ahead, Deep-STF surpassed CNN and other machine learning techniques, achieving an outstanding average prediction accuracy of 96.48%. Even with an extended 500 ms prediction horizon, accuracy only marginally decreased to 93.00%. The averaged stable prediction times for detecting next upcoming transitions spanned from 28.15 to 372.21 ms across the 100-500 ms time advances.


翻译:步行辅助设备需要自适应控制方法以确保不同运动模式之间的平稳切换。为此,提前识别人体运动模式(如平地行走或上楼梯)对于提升此类机器人系统的智能性和透明度至关重要。本研究提出Deep-STF——一种统一的端到端深度学习模型,专门用于从表面肌电信号中提取空间、时间和频率维度的集成特征。该模型能够在100至500毫秒的不同预测时间间隔内,准确且稳健地连续预测九种运动模式及15种模式转换。此外,我们引入"稳定预测时间"这一独特指标来量化预测效率。该术语指从第五次正确预测发生到导致任务转换的关键事件出现期间,对模式转换进行一致且准确预测的持续时间。稳定预测时间与预测时间的区分至关重要,因为这突显了我们对模式转换预测精确性与可靠性的关注。实验结果表明,仅依赖表面肌电数据,Deep-STF在多种运动模式及转换中展现了卓越的预测性能。在提前100毫秒预测时,Deep-STF超越CNN及其他机器学习技术,实现了96.48%的卓越平均预测准确率。即便将预测时间延长至500毫秒,准确率仅小幅下降至93.00%。在100-500毫秒预测时间提前量下,检测即将发生的模式转换的平均稳定预测时间范围为28.15至372.21毫秒。

0
下载
关闭预览

相关内容

让 iOS 8 和 OS X Yosemite 无缝切换的一个新特性。 > Apple products have always been designed to work together beautifully. But now they may really surprise you. With iOS 8 and OS X Yosemite, you’ll be able to do more wonderful things than ever before.

Source: Apple - iOS 8
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月3日
Temporal Adaptive RGBT Tracking with Modality Prompt
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
VIP会员
最新内容
致命七类无人机:无人机时代的演进型合成兵种
《异构无人水面艇集群作战自主制导算法》130页
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员