For the design of human-centered systems in which a human and machine such as a robot form a human-in system, human-friendly interaction/interface is essential. Human-friendly interaction is possible when the system is capable of recognizing human biosigns such as5 EMG Signal, hand gesture and facial expressions so the some humanintention and/or emotion can be inferred and is used as a proper feedback signal. In the talk, we report our experiences of applying the Soft computing techniques including Fuzzy, ANN, GA and rho rough set theory for efficiently recognizing various biosigns and for effective inference. More specifically, we first observe characteristics of various forms of biosigns and propose a new way of extracting feature set for such signals. Then we show a standardized procedure of getting an inferred intention or emotion from the signals. Finally, we present examples of application for our model of rehabilitation robot named.
Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology
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v.10
no.4
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pp.295-303
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2016
Rehabilitation of upper limb motor function of hemiplegic patient must maintain interest and demand a device for a quantitative evaluation of rehabilitation training. In this paper, we developed the device that is composed of arm cradle, handle, and balance ball for rehabilitation exercise. We have performed experiment for validity as to whether to use the rehabilitation device when tilting the upper extremity training device developed to measure changes in the EMG signal to the main upper limb muscles for 7 healthy volunteers. We have analyzed muscle activation signals on agonist and antagonist as a reference in the muscle contraction and relaxation in the upper limb extension and flexion when the balance-handle device is tilted to front-rear and left-right. The experimental results showed that a tendency of muscle activation of biceps, triceps, and deltoid used in upper limb motor function of hemiplegic patients from extension and flexion evaluation items of Fugl-Meyer Assessment(FMA). These results may be helpful for rehabilitation training for upper limb motor function of hemiplegic patients by utilizing a developed unit.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.55
no.11
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pp.502-510
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2006
In this paper, we describe implementation of a computer access device for the severly motor-disability. Many people with severe motor disabilities need an augmentative communication technology. Those who are totally paralyzed, or 'locked-in' cannot use conventional augmentative technologies, all of which require some measure of muscle control. The forehead is often the last site to suffer degradation in cases of severe disability and degenerative disease. For example, In ALS(Amyotrophic Lateral Sclerosis) and MD(Muscular dystrophy) the ocular motorneurons and ocular muscles are usually spared permitting at least gross eye movements, but not precise eye pointing. We use brain and body forehead bio-potentials in a novel way to generate multiple signals for computer control inputs. A bio-amplifier within this device separates the forehead signal into three frequency channels. The lowest channel is responsive to bio-potentials resulting from an eye motion, and second channel is the band pass derived between 0.5 and 45Hz, falling within the accepted Electroencephalographic(EEG) range. A digital processing station subdivides this region into eleven components frequency bands using FFT algorithm. The third channel is defined as an Electromyographic(EMG) signal. It responds to contractions of facial muscles and is well suited to discrete on/off switch closures, keyboard commands. These signals are transmitted to a PC that analyzes in a time series and a frequency region and discriminates user's intentions. That software graphically displays user's bio-potential signals in the real time, therefore user can see their own bio-potentials and control their physiological signals little by little after some training sessions. As a result, we confirmed the performance and availability of the developed system with experimental user's bio-potentials.
The authors are making a prototype flexible board of a radio-frequency transmitter for measuring an electromyogram (EMG) of a flying moth and plan to apply for an experimental station license from the Ministry of Internal Affairs and Communications of Japan in the summer of 2022. The goal is to create a continuous low-dose exposure standard that incorporates scientific and physiological functional assessments to replace the current standard based on lethal dose 50. This paper describes the technical evaluation of the hardware. The signal of a bipolar EMG electrode is amplified by an operational amplifier. This potential is added to a voltage-controlled crystal oscillator (27 MHz, bandwidth: 4 kHz), frequency-converted, and transmitted from an antenna about 10 cm long (diameter: 0.03 mm). The power source is a 1.55-V wristwatch battery that has a total weight of about 0.3 g (one dry battery and analog circuit) and an expected operating time of 20 minutes. The output power is -7 dBm and the effective isotropic radiated power is -40 dBm. The signal is received by a dual-whip antenna (2.15 dBi) at a distance of about 100 m from the moth. The link margin of the communication circuit is above 30 dB within 100 m. The concepts of this hardware and the measurement data are presented in this paper. This will be the first biological data transmission from a moth with an official license. In future, this telemetry system will improve the detection of physiological abnormalities of moths.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.9
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pp.5440-5445
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2014
Many studies have examined robot control using human bio signals but complicated signal processing and expensive hardware are necessary. This study proposes a method to recognize a human's hand motion using a low-cost EMG sensor and Flex sensor. The method to classify movement of the hand and finger is determined from the change in output voltage measured through MCU. The analog reference voltage is determined to be 3.3V to increase the resolution of movement identification through experiment. The robotic hand is designed to realize the identified movement. The hand has four fingers and a wrist that are controlled using pneumatic cylinders and a DC servo motor, respectively. The results show that the proposed simple method can realize human hand motion in a remote environment using the fabricated robotic hand.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.6
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pp.261-268
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2014
This paper presents a electrocardiogram(ECG), electromyogram(EMG), and Photoplethysmography(PPG) signal wireless monitoring system based on Bluetooth Low Energy (BLE). ECG and EMG sensor interface analog front-end circuits are designed by using off-the-shelf parts. Texas Instruments(TI)'s CC2540DK is used for BLE-based communication. Two CC2540DK modules are used as Peripheral and Central nodes. In peripheral device, vital signals are acquired by the analog front-ends and fed to ADC for analog-to-digital conversion. The peripheral transmitts the data through the air to the central device. The central device receive the data and sends them to PC using UART. GUI is designed using Labview for displaying the acquired vital signals. The developed system can be used for future ubiquitous wireless healthcare system based on bluetooth 4.0.
Objective: The purpose of this study was to perform a muscle function path analysis of muscle function on myofascial meridians. Method: Seven male students (mean age: $22{\pm}3.46years$; mean mass: $72.71{\pm}8.19kg$; mean height: $174{\pm}4.39cm$) without a history of musculoskeletal system symptoms or injuries were recruited for this study. The measurement muscle of the myofascial line was selected along with the muscle presented in "anatomy trains (Thomas W. Myers. 2014)", and the attachment of the surface EMG (Telemyo 2400T G2, USA) pad was determined according to "EMG analysis (Kim Tae Wan et al., 2013)". The subjects underwent maximum volumetric contraction of their fascia line end muscles three times in lying and standing postures and were subjected to the maximum number of contractions of the myofascial line muscle three times in the lying and standing postures. The sampling rate of the EMG signal was set to 1,000 Hz, and the bandwidth was 20 to 350 Hz. The activity of each muscle was quantitated using the Pearson correlation coefficient, and SPSS 22.0 was used for data analysis. Results: In myofascial meridians, a positive correlation in the myofascial connection and a negative correlation in the mechanical connection were observed. Conclusion: Muscles that show significant contract correlations with one another may be expected to be used as an effective clinical marker in muscle strengthening or relaxation therapy, and rehabilitative training. In this study, the correlation of total myofascial meridians may differ without consideration of functional posture. Future studies need to consider these points.
Journal of The Korean Society of Integrative Medicine
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v.8
no.2
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pp.97-107
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2020
Purpose : The purpose of this study is to investigate the effect of squat exercise using a ball on the gap between knees and Q angle of a subject with a genu-varum, and to prove the effect, to provide a clinical basis for developing into a knee correction exercise program. Methods : As a result of posture measurement through GPS, 26 female with genu-varum with a knee length of 5 cm or more were studied. The group was randomly assigned to 13 squat exercise group using ball (experimental group) and 13 general squat exercise groups (control group). The experimental group placed the ball between both knees in a position where the distance between both feet was slightly wider than the shoulder width on a flat support surface, and fixed the ball, and then squat with the start signal. The control group squats without a ball. Each group performed three sets of exercise three times a week for six weeks. Before their exercise, after three and six weeks, EMG, GPS, digital goniometer measurement, the vastus medialis (VM), the vastus lateralis (VL), and the Q-angle were measured in the squat exercise posture. EMG was measured in squat exercise posture. Results : The distance between the knees was reduced. EMG is activated in group A, the group B experimental results showed the high activity of the VL. Q-angle had increased. But the experimental group increased more than the control group. Conclusion : We have confirmed through our experiments that the distance interval between the knees during squat exercises using a ball can be reduced. Furthermore, it would also be helpful to ensure the treatment of genu-varum.
In languages such as Japanese, it is very common to observe that short peripheral vowel are completely voiceless when surrounded by voiceless consonants. This phenomenon has been known as Montreal French, Shanghai Chinese, Greek, and Korean. Traditionally this phenomenon has been described as a phonological rule that either categorically deletes the vowel or changes the [+voice] feature of the vowel to [-voice]. This analysis was supported by Sawashima (1971) and Hirose (1971)'s observation that there are two distinct EMG patterns for voiced and devoiced vowel in Japanese. Close examination of the phonetic evidence based on acoustic data, however, shows that these phonological characterizations are not tenable (Jun & Beckman 1993, 1994). In this paper, we examined the vowel devoicing phenomenon in Korean using data from ENG fiberscopic and acoustic recorders of 100 sentences produced by one Korean speaker. The results show that there is variability in the 'degree of devoicing' in both acoustic and EMG signals, and in the patterns of glottal closing and opening across different devoiced tokens. There seems to be no categorical difference between devoiced and voiced tokens, for either EMG activity events or glottal patterns. All of these observations support the notion that vowel devoicing in Korean can not be described as the result of the application of a phonological rule. Rather, devoicing seems to be a highly variable 'phonetic' process, a more or less subtle variation in the specification of such phonetic metrics as degree and timing of glottal opening, or of associated subglottal pressure or intra-oral airflow associated with concurrent tone and stricture specifications. Some of token-pair comparisons are amenable to an explanation in terms of gestural overlap and undershoot. However, the effect of gestural timing on vocal fold state seems to be a highly nonlinear function of the interaction among specifications for the relative timing of glottal adduction and abduction gestures, of the amplitudes of the overlapped gestures, of aerodynamic conditions created by concurrent oral tonal gestures, and so on. In summary, to understand devoicing, it will be necessary to examine its effect on phonetic representation of events in many parts of the vocal tracts, and at many stages of the speech chain between the motor intent and the acoustic signal that reaches the hearer's ear.
Background: Prolonged sitting leads to low back discomfort and lumbopelvic muscle fatigue. This study examined the characteristics of body perceived discomfort and trunk muscle fatigue during 1 hour of sitting in three postures in office workers. Methods: Thirty workers sat for 1 hour in one of three sitting postures (i.e., upright, slumped, and forward leaning postures). Body discomfort was assessed using the Body Perceived Discomfort scale at the beginning and after 1 hour of sitting. Electromyographic (EMG) signals were recorded from superficial lumbar multifidus, iliocostalis lumborum pars thoracis, internal oblique (IO)/transversus abdominis (TrA), and rectus abdominis muscles during 1 hour of sitting. The median frequency (MDF) of the EMG power spectrum was calculated. Results: Regardless of the sitting posture, the Body Perceived Discomfort scores in the neck, shoulder, upper back, low back, and buttock significantly increased after 1 hour of sitting compared with baseline values ($t_{(9)}=-11.97$ to -2.69, p < 0.05). The MDF value of the EMG signal of rectus abdominis, iliocostalis lumborum pars thoracis, and multifidus muscles was unchanged over time in all three sitting postures. Only the right and left IO/TrA in the slumped sitting posture was significantly associated with decreased MDF over time (p = 0.019 to 0.041). Conclusion: Prolonged sitting led to increased body discomfort in the neck, shoulder, upper back, low back, and buttock. No sign of trunk muscle fatigue was detected over 1 hour of sitting in the upright and forward leaning postures. Prolonged slumped sitting may relate to IO/TrA muscle fatigue, which may compromise the stability of the spine, making it susceptible to injury.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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