All physical data in the real world are nonstationary signals that have the time varying statistical characteristics. Although few algorithms suitable to process the nonstationary signals have ever been suggested, these are treated the nonstationary signals under the assumption that the nonstationary signal is a piece-wise stationary signal. Recently, statistical analysis algorithms for the nonstationary signal have concentrated so much interest. In this paper, nonstationary EMG signals are mapped onto the orthogonal wavelet transform domain so that the eigenvalue spread of its autocorrelation matrix could be more smaller than that in the time domain. Then the model in the wavelet transform domain and an algorithm to estimate the model parameters are suggested. Also, an test signal generated by a white gaussian noise and the EMG signal are identified, and the algorithm performance is considered in the sense of the mean square error and the evaluation parameters.
A need exists for the accurate identification of time series models having time varying parameters, as is important in the case of real time identification of nonstationary EMG signal. Thls paper describes real time identification and muscle fatigue monitoring method of nonstationary EMG signal. The method is composed of the efficient identifier which estimates the autoregressive parameters of nonstationary EMG signal model, and its real time implementation by using T805 parallel processing computer. The method is verified through experiment with real EMG signals which are obtained from surface electrode. As a result, the proposed method provides a new approach for real time Implementation of muscle fatigue monitoring and the execution time is 0.894ms/sample for 1024Hz EMG signal.
In this paper, a DSP and microcomputer-based EMG controlled functional electrical stimulation (FES) system, for restoring walking of paraplegics at the patients' own command, is presented. The above-lesion EMG is a time-varying nonstationary signal and its autoregressive (AR) parameters are identified by the nonstationary identification algorithm using a DSP chip. The identified AR parameters are used for the cloassification of the function and the control of the movement. The below-lesion response-EMG signal is used as a measure of muscle fatigue. This FES system is designed to measure muscle fatigue and control the stimulation intensity according to the amplitude of the response-EMG signal. While the automatic electrical intensity control is obtained by identifying the movement, the proposed FES system is suitable for the automatic control of paraplegic walking.
The nonstationary identifier in the DCT domain is suggested in this study for the identification of AR parameters of above-lesion upper-trunk electromyographic (EMG) signals as a means of developing a reliable real time signal to control functional electrical stimulation (FES) in paraplegics to enable primitive walking. As paraplegic shifts his posture from one attitude to another, there is transition period where the signal is clearly nonstationary. Also as muscle fatigues, nonstationarities become more prevalent even during stable postures. So, it requires a develpment of time varying nonstationary EMG signal identifier. In this paper, time varying nonstationary EMG signals are transformed into DCT domain and the transformed EMG signals are modeled and analyzed in the transform domain. In the DCT domain, we verified reduction of condition number and increment of the smallest eigenvalue of input correlation matrix that influences numerical properties and mean square error were compared with SLS algorithm, and the proposed algorithm is implemented using IMS T-805 parallel processing computer for real time application.
Objective: The aim of this study is to evaluate the fluctuation of signal amplitude during repetitive dynamic contraction based on surface electromyography(EMG). Background: The most previous studies were considered isometric muscle contraction and they were difference to smoothing window length by moving average filter. In practical, the human movement is dynamic state. Dynamic EMG signal which indicated as the nonstationary pattern should be analyzed differently compared with the static EMG signal. Method: Ten male subjects participated in this experiment, and EMG signal was recorded by biceps brachii, anterior/posterior deltoid, and upper/lower trapezius muscles. The subject was performed to repetitive right horizontal lifting task during ten cycles. This study was considered three independent variables(muscle, amplitude processing technique, and smoothing window length) as the within-subject experimental design. This study was estimated muscular activation by means of the linear envelope technique(LE). The dependent variable was set coefficient of variation(CV) of LE for each cycle. Results: The ANOVA results showed that the main and interaction effects between the amplitude processing technique and smoothing window length were significant difference. The CV value of peak LE was higher than mean LE. According to increase the smoothing window length, this study shows that the CV trend of peak LE was decreased. However, the CV of mean LE was analyzed constant fluctuation trend regardless of the smoothing window length. Conclusion: Based on these results, we expected that using the mean LE and 300ms window length increased reproducibility and signal noise ratio during repetitive dynamic muscle contraction. Application: These results can be used to provide fundamental information for repetitive dynamic EMG signal processing.
This paper proposes a novel real-time EMG pattern recognition for the control of a multifunction myoelectric hand from four channel EMG signals. To cope with the nonstationary signal property of the EMG, features are extracted by wavelet packet transform. For dimensionality reduction and nonlinear mapping of the features, we also propose a linear-nonlinear feature projection composed of PCA and SOFM. The dimensionality reduction by PCA simplifies the structure of the classifier, and reduces processing time for the pattern recognition. The nonlinear mapping by SOFM transforms the PCA-reduced features to a new feature space with high class separability. Finally a multilayer neural network is employed as the pattern classifier. We implement a real-time control system for a multifunction virtual hand. From experimental results, we show that all processes, including virtual hand control, are completed within 125 msec, and the proposed method is applicable to real-time myoelectric hand control without an operation time delay.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.42
no.2
s.302
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pp.39-48
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2005
This paper proposes a novel approach to recognize nine kinds of motion for a multifunction myoelectric hand, acquiring four channel EMG signals from electrodes placed on the forearm. To analyze EMG with properties of nonstationary signal, time-frequency features are extracted by wavelet packet transform. For dimensionality reduction and nonlinear mapping of the features, we also propose a feature projection composed of PCA and SOFM. The dimensionality reduction by PCA simplifies the structure of the classifier, and reduces processing time for the pattern recognition. The nonlinear mapping by SOFM transforms the PCA-reduced features to a new feature space with high class separability. Finally a multilayer neural network is employed as the pattern classifier. From experimental results, we show that the proposed method enhances the recognition accuracy, and makes it possible to implement a real-time pattern recognition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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