KR20240109140A - System for detecting and classifying transitions between various walking environments based on EMG signals and method thereof - Google Patents

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KR20240109140A
KR20240109140A KR1020230000936A KR20230000936A KR20240109140A KR 20240109140 A KR20240109140 A KR 20240109140A KR 1020230000936 A KR1020230000936 A KR 1020230000936A KR 20230000936 A KR20230000936 A KR 20230000936A KR 20240109140 A KR20240109140 A KR 20240109140A
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신충수
김판권
이진규
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서강대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 근전도 신호들을 이용한 보행 환경 전환 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 보행 환경 전환 검출 시스템은, 근전도 신호들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여, 신경망 모델을 학습시켜 보행 환경 전환을 분류할 수 있도록 모델링하는 신경망 모델 학습 장치; 및 사용자의 근전도 신호들을 이용하여 상기 학습된 신경망 모델을 통해, 사용자의 보행 환경 전환을 검출하고 분류하는 보행 환경 전환 보행 환경 전환 검출 장치; 를 포함한다. 상기 학습 데이터는, 무릎 관절의 신전근과 굽힘근, 발목 관절의 신전근과 굽힘근 및 중족 관절의 신전근과 굽힘근의 근전도 신호들의 조합으로 이루어지고, 각 근전도 신호들은 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경에서의 걷기 작업들, 및 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환에서의 걷기 작업들 중 하나로 라벨링된 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a system and method for detecting walking environment transitions using electromyography signals. The walking environment transition detection system includes: a neural network model learning device that trains a neural network model using training data consisting of electromyography signals to classify walking environment transitions; and a walking environment change detection device that detects and classifies the user's walking environment change through the learned neural network model using the user's electromyography signals. Includes. The learning data is composed of a combination of electromyographic signals of the extensors and flexors of the knee joint, the extensors and flexors of the ankle joint, and the extensors and flexors of the midfoot joint, and each electromyographic signal is generated in a walking environment consisting of a single terrain. It is characterized by being labeled as one of the walking tasks, and walking tasks in a walking environment transition consisting of successive different terrains.

Description

근전도 신호를 이용한 보행 환경 전환 검출 시스템 및 그 방법{System for detecting and classifying transitions between various walking environments based on EMG signals and method thereof}System for detecting and classifying transitions between various walking environments based on EMG signals and method thereof}

본 발명은 근전도 신호를 이용한 보행 환경 전환 검출 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 무릎 관절, 발목 관절, 중족 관절에 대한 신전근과 굴곡근의 근전도 신호들의 조합으로 이루어진 학습 데이터를 이용하여, 인공 신경망 모델을 딥러닝하여 보행 환경 전환을 정확하게 검출하고 분류할 수 있도록 구성된 근전도 신호를 이용한 보행 환경 전환 검출 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a walking environment transition detection system and method using electromyography signals, and more specifically, to artificial intelligence using learning data consisting of a combination of electromyographic signals of extensor and flexor muscles for the knee joint, ankle joint, and metatarsal joint. The present invention relates to a walking environment transition detection system and method using electromyography signals that can accurately detect and classify walking environment transitions by deep learning a neural network model.

최근, 로봇 보행 보조 외골격 또는 보철 연구에서는 사용자와 로봇 간의 소통을 통해 로봇의 자연스러운 움직임을 가능하게 하는 연구가 주목받고 있다. 인간-로봇 상호 작용은 인간과 로봇이 의도를 인식하고 다양한 커뮤니케이션 채널을 통해 인지적 상호 작용을 할 수 있도록 하는 기술이다. Recently, research on robotic walking assistance exoskeletons or prosthetics that enables natural movement of robots through communication between users and robots has been attracting attention. Human-robot interaction is a technology that allows humans and robots to recognize intentions and engage in cognitive interaction through various communication channels.

여기서, 의도 인식(Intention recognition)은 로봇의 움직임과 실제 인간 사이의 동기화를 달성하기 위한 중요한 문제이다.Here, intention recognition is an important issue to achieve synchronization between robot movements and actual humans.

한편, 웨어러블 보행 보조 장치는 신체 능력이 저하된 사용자가 안전하게 보행할 수 있도록 도와준다. 보행자는 일상 생활에서 평지, 계단, 언덕 등 다양한 보행 환경을 접하게 되며, 현재의 지형을 지속적으로 걷거나 기존 지형과는 다른 지형을 넘나들게 된다. 웨어러블 보행 보조 장치는 지형 유형에 따라 정확한 제어 전략을 가지고 있다. 따라서, 보행자가 착용한 웨어러블 보행 보조 장치는 보행자의 의도와 앞으로의 상황에 대한 정보를 확보하여, 이에 따라 정확한 제어 전략을 수행해야 한다. Meanwhile, wearable walking assistance devices help users with reduced physical abilities walk safely. Pedestrians encounter various walking environments such as flats, stairs, and hills in their daily lives, and they continue to walk on the current terrain or cross terrain that is different from the existing terrain. Wearable walking aids have precise control strategies depending on the type of terrain. Therefore, the wearable walking assistance device worn by the pedestrian must secure information about the pedestrian's intention and future situation and perform an accurate control strategy accordingly.

이러한 이유로, 보행 환경에 따라 보행 보조 장치를 적절하고 안전하게 제어하기 위하여, 보행 보조 장치를 착용한 보행자의 의도와 보행 환경을 정확하게 인지하는 것이 필요하다. For this reason, in order to appropriately and safely control the walking assistance device according to the walking environment, it is necessary to accurately recognize the intent of the pedestrian wearing the walking assistance device and the walking environment.

근전도(EMG) 신호, 뇌파(EEG) 신호, 전기 오큘로 그램(EOG)과 같은 생체 전기 신호를 기반으로 하여, 로봇 장치의 사용자 움직임 의도를 인식하는 방법에 대한 연구가 수행되었다. 그리고, 근전도 신호를 기반으로 한 의도 인식은 장치와 인간의 움직임 사이의 통신에 사용되어 왔다. Based on bioelectrical signals such as electromyography (EMG) signals, electroencephalography (EEG) signals, and electrooculogram (EOG), research has been conducted on how to recognize user movement intentions in robotic devices. And, intent recognition based on electromyography signals has been used for communication between devices and human movements.

이와 같이, 신경 정보가 포함된 근전도 신호는 사람이 움직이기 직전에 보행자의 동작 의도를 미리 예측할 수 있도록 한다. 하지만, 기계식 센서는 사람이 움직인 후 외부 환경과의 접촉을 통해 힘이나 토크로 신호를 측정할 수 있게 된다. 따라서, 제어 시스템에 있어서, 근전도 신호는 기계적 센서 신호보다 보행자의 보행 속도 및 기울기를 추정하는 데 유용한 정보를 제공함으로써, 보행자와 보행 보조 장치등과 같은 기계 간의 동기화를 향상시킬 수 있게 된다. In this way, electromyography signals containing neural information enable the pedestrian's motion intention to be predicted in advance just before the person moves. However, mechanical sensors can measure signals as force or torque through contact with the external environment after a person moves. Therefore, in the control system, electromyography signals provide more useful information for estimating the pedestrian's walking speed and slope than mechanical sensor signals, thereby improving synchronization between pedestrians and machines such as walking assistance devices.

따라서, 표면근전도(sEMG) 신호는 인간의 움직임과 관련된 신경 정보를 포함하는 전기 신호이고, 이러한 표면근전도 신호를 분석하여 인간의 움직임 의도를 인식하여 움직임을 분류하고 보조 장치를 제어하는 신호로 활용할 수 있다. Therefore, surface electromyography (sEMG) signals are electrical signals containing neural information related to human movement, and by analyzing these surface electromyography signals, they can be used as signals to recognize human movement intentions, classify movements, and control assistive devices. there is.

하지만, 표면근전도 신호는 비선형적이면서도 복잡한 패턴을 가지므로, 표면근전도 신호를 분석하고 분류하는 것은 매우 어렵다.However, because surface EMG signals have non-linear and complex patterns, it is very difficult to analyze and classify surface EMG signals.

한편, 신경망은 복잡한 시스템을 학습하고 분석할 수 있는 능력이 있어 최근 패턴 인식 및 적응 제어와 같은 분야에 널리 적용되고 있다. 이전 연구에 따르면 표면근전도 신호를 이용한 패턴 인식 방법이 수행되었으며 기계 학습 알고리즘을 적용하여 9개의 손 동작을 분류하였다. 또한 보행중 측정된 하지의 근전도 신호를 머신 러닝에 적용하여 보행 단계를 분류하였다.Meanwhile, neural networks have the ability to learn and analyze complex systems, and have recently been widely applied in fields such as pattern recognition and adaptive control. According to a previous study, a pattern recognition method using surface electromyography signals was performed and a machine learning algorithm was applied to classify nine hand movements. In addition, the electromyography signals of the lower extremities measured during walking were applied to machine learning to classify walking stages.

한국공개특허공보 제 10-2022-0152725 호Korean Patent Publication No. 10-2022-0152725 한국등록특허공보 제 10-2352537 호Korean Patent Publication No. 10-2352537 한국등록특허공보 제 10-2302719 호Korean Patent Publication No. 10-2302719

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 신경망 모델을 딥러닝시킴으로써, 사용자의 근전도 신호만을 이용하여 사용자의 다양한 보행 환경 및 다양한 보행 환경 간 전환을 검출하고 분류할 수 있도록 하는 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention deep-learns a neural network model, and provides a walking method based on electromyography signals that detects and classifies the user's various walking environments and transitions between various walking environments using only the user's electromyography signals. The purpose is to provide an environmental transition detection system and method.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템은, 근전도 신호들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여, 신경망 모델을 학습시켜 보행 환경 전환을 분류할 수 있도록 모델링하는 신경망 모델 학습 장치; 및 사용자의 근전도 신호들을 이용하여 상기 학습된 신경망 모델을 통해, 사용자의 보행 환경 전환을 검출하고 분류하는 보행 환경 전환 보행 환경 전환 검출 장치;를 포함한다.The walking environment transition detection system according to the first feature of the present invention for achieving the above-mentioned technical problem is a neural network that models the walking environment transition to classify the walking environment transition by learning a neural network model using learning data consisting of electromyography signals. model learning device; and a walking environment change detection device that detects and classifies the user's walking environment change through the learned neural network model using the user's electromyography signals.

전술한 제1 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 상기 학습 데이터는, 무릎 관절의 신전근과 굽힘근, 발목 관절의 신전근과 굽힘근 및 중족 관절의 신전근과 굽힘근의 근전도 신호들의 조합으로 이루어지고, In the walking environment transition detection system according to the first feature described above, the learning data consists of a combination of electromyographic signals of the extensors and flexors of the knee joint, the extensors and flexors of the ankle joint, and the extensors and flexors of the metatarsal joint. under,

상기 학습 데이터를 구성하는 근전도 신호들은, 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경에서의 걷기 작업들, 및 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환에서의 걷기 작업들 중 하나로 라벨링된 것이 바람직하다.The electromyography signals constituting the learning data are preferably labeled as one of walking tasks in a walking environment with a single terrain and walking tasks in a walking environment transition with successive different terrains.

전술한 제1 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 상기 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막을 포함하며, 상기 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막 중 2개의 조합으로 이루어진 것이 바람직하다. In the walking environment transition detection system according to the first feature described above, the walking environment composed of the single terrain includes flat ground, climbing stairs, descending stairs, uphill, and downhill, and the walking environment transition composed of the continuous different terrains. It is preferable that it consists of a combination of two of the following: flat ground, climbing stairs, going down stairs, uphill, or downhill.

전술한 제1 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 상기 신경망 모델 학습 장치는, 학습 데이터들을 전처리하여 제공하는 전처리 모듈; 및 전처리된 학습 데이터들을 이용하여 신경망 모델을 학습시키는 학습 모듈;을 구비하고, In the walking environment transition detection system according to the first feature described above, the neural network model learning device includes a preprocessing module that preprocesses and provides learning data; And a learning module that trains a neural network model using preprocessed learning data,

상기 전처리 모듈은, 근전도 신호 데이터들을 정류시키는 대역 통과 필터; 정류된 근전도 신호 데이터들을 필터링하는 저역 통과 필터; 필터링된 근전도 신호 데이터들을 각 보행자의 평지 걷기에서의 피크 근전도 진폭에 대해 정규화시키는 정규화 모듈; 을 구비하는 것이 바람직하다. The preprocessing module includes a band-pass filter for rectifying electromyography signal data; A low-pass filter for filtering the rectified EMG signal data; a normalization module that normalizes the filtered EMG signal data to the peak EMG amplitude of each pedestrian walking on level ground; It is desirable to have a.

본 발명의 제2 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 방법은, (a) 근전도 신호들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여, 신경망 모델을 학습시켜 보행 환경 전환을 분류할 수 있도록 모델링하는 단계; 및 (b) 사용자의 근전도 신호들을 이용하여 상기 학습된 신경망 모델을 통해, 사용자의 보행 환경 전환을 검출하고 분류하는 단계;를 포함한다. The walking environment transition detection method according to the second feature of the present invention includes the steps of (a) using learning data consisting of electromyography signals to train a neural network model to classify the walking environment transition; and (b) detecting and classifying a change in the user's walking environment using the learned neural network model using the user's electromyography signals.

전술한 제2 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 방법에 있어서, 상기 학습 데이터는, 무릎 관절의 신전근과 굽힘근, 발목 관절의 신전근과 굽힘근 및 중족 관절의 신전근과 굽힘근의 근전도 신호들의 조합으로 이루어지고, In the walking environment transition detection method according to the second feature described above, the learning data consists of a combination of electromyographic signals of the extensors and flexors of the knee joint, the extensors and flexors of the ankle joint, and the extensors and flexors of the metatarsal joint. under,

상기 학습 데이터를 구성하는 근전도 신호들은, 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경에서의 걷기 작업들, 및 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환에서의 걷기 작업들 중 하나로 라벨링된 것이 바람직하다. The electromyography signals constituting the learning data are preferably labeled as one of walking tasks in a walking environment with a single terrain and walking tasks in a walking environment transition with successive different terrains.

전술한 제2 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 방법에 있어서, 상기 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막을 포함하며, 상기 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막 중 2개의 조합으로 이루어진 것이 바람직하다. In the walking environment transition detection method according to the second feature described above, the walking environment composed of the single terrain includes flat ground, climbing stairs, descending stairs, uphill, and downhill, and the walking environment transition composed of the continuous different terrains. It is preferable that it consists of a combination of two of the following: flat ground, climbing stairs, going down stairs, uphill, or downhill.

전술한 제2 특징에 따른 보행 환경 전환 검출 방법에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b1) 학습 데이터들을 전처리하는 단계; 및 (b2) 전처리된 학습 데이터들을 이용하여 신경망 모델을 학습시키는 단계;를 구비하고, In the walking environment transition detection method according to the second feature described above, step (b) includes: (b1) preprocessing learning data; and (b2) learning a neural network model using the preprocessed training data,

상기 (b1) 단계는, 대역 통과 필터를 이용하여 근전도 신호 데이터들을 정류시키고, 저역 통과 필터를 이용하여 상기 정류된 근전도 신호 데이터들을 필터링하고, 상기 필터링된 근전도 신호 데이터들을 각 보행자의 평지 걷기에서의 피크 근전도 진폭에 대해 정규화시키는 것이 바람직하다. In the step (b1), the EMG signal data is rectified using a band-pass filter, the rectified EMG signal data is filtered using a low-pass filter, and the filtered EMG signal data is used for each pedestrian's level walking. It is desirable to normalize to the peak EMG amplitude.

본 발명에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템은, 무릎 관절의 신전근과 굽힘근, 발목 관절의 신전근과 굽힘근, 및 중족 관절의 신전근과 굽힘근의 조합으로 이루어진 근전도 신호들을 이용하여 신경망 모델을 학습시킴으로써, 모든 관절의 근육들을 이용하여 학습한 것과 거의 유사한 분류 정확도를 얻을 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템은, 최소한의 근전도 신호 데이터들을 이용하여 보행 환경 전환을 정확하게 검출할 수 있게 된다. The walking environment transition detection system based on electromyography signals according to the present invention uses electromyography signals consisting of a combination of the extensors and flexors of the knee joint, the extensors and flexors of the ankle joint, and the extensors and flexors of the metatarsal joint. By learning a neural network model, it is possible to obtain classification accuracy that is almost similar to that learned using the muscles of all joints. Therefore, the walking environment change detection system according to the present invention can accurately detect the walking environment change using a minimum of electromyography signal data.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 보행 환경 전환을 검출하기 위하여 사용된 근전도 신호들의 대상들을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 검출 및 분류하고자 하는 다양한 보행 환경 및 다양한 보행 환경 전환 상태들을 예시적으로 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 신경망 모델을 예시적으로 도시한 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 입각기 동안 모든 근육의 EMG 신호의 전체 프로파일을 입력으로 사용하여 13가지 걷기 작업을 식별하기 위한 오차 행렬(Confusion matrix)을 도시한 도표이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 각 관절에 대한 굴곡근과 신전근의 그룹의 활성도를 이용하였을 때의 분류 정확도를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 입각기 동안 무릎 관절의 신전근, 발목 관절의 신전근 및 중족 관절의 굴근 근육 활성화의 전체 프로파일을 사용하여 13가지 걷기 작업을 식별하기 위한 오차 행렬을 도시한 도표이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 각 근육 조합에 따른 연속 보행 환경, 계단-평지 전환 환경, 언덕-평지 전환 환경에서의 분류 정확도들을 도시한 그래프이다.
Figure 1 is a configuration diagram showing a walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the objects of EMG signals used to detect a walking environment change in the walking environment change detection system based on EMG signals according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram illustrating various walking environments and various walking environment transition states to be detected and classified in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a block diagram illustrating a neural network model in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 5 shows the errors for identifying 13 walking tasks by using the entire profile of EMG signals of all muscles during the stance phase as input in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. This is a diagram showing a confusion matrix.
Figure 6 is a graph showing the classification accuracy when using the activity of the flexor and extensor muscle groups for each joint in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 7 shows a walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention, using the entire profile of muscle activation of the extensor muscles of the knee joint, the extensor muscles of the ankle joint, and the flexor muscles of the metatarsal joint during the stance phase. This is a diagram showing the error matrix for identifying 13 walking tasks.
Figure 8 shows classification accuracies in a continuous walking environment, a stairs-to-flat transition environment, and a hill-to-flat transition environment according to each muscle combination in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. This is the graph shown.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템 및 그 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a walking environment transition detection system and method based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템을 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템(1)은, 신호 수집 장치(10), 학습 데이터를 포함한 데이터베이스(20), 신경망 학습 장치(30) 및 보행 환경 전환 검출 장치(40)를 구비한다. 본 발명에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템은 신경망 모델을 학습시킬 수 있는 컴퓨팅 시스템에 의해 구현될 수 있다. Figure 1 is a configuration diagram showing a walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the walking environment change detection system 1 according to the present invention includes a signal collection device 10, a database 20 including learning data, a neural network learning device 30, and a walking environment change detection device 40. ) is provided. The walking environment transition detection system according to the present invention can be implemented by a computing system capable of learning a neural network model.

상기 데이터베이스(20)는 신호 수집 장치에 의해 획득된 학습 데이터를 저장 및 관리하며, 상기 학습 데이터는 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경 상태 및 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환 상태에서 획득된 보행자들의 근전도 신호들로서, 무릎 관절의 신전근과 굽힘근, 발목 관절의 신전근과 굽힘근 및 중족 관절의 신전근과 굽힘근으로 이루어진 조합에 대한 근전도 신호들을 포함한다. 상기 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막을 포함하며, 상기 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막 중 2개의 조합으로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 무릎 관절의 신전근은 대퇴직근, 내측광근, 외측광근을 포함하며, 상기 발목 관절의 신전근은 내측 비복근, 외측 비복근, 비장근을 포함하며, 상기 중족 관절의 굽힘근은 장지굴근을 포함한다. The database 20 stores and manages learning data acquired by a signal collection device, and the learning data includes pedestrians acquired in a walking environment state consisting of a single terrain and a walking environment transition state consisting of continuous different terrains. Electromyography signals include electromyography signals for a combination of extensors and flexors of the knee joint, extensors and flexors of the ankle joint, and extensors and flexors of the metatarsal joint. The walking environment consisting of the single terrain includes flat land, climbing stairs, going down stairs, uphill, and downhill, and the walking environment transition consisting of the continuous different terrains includes two of flat ground, climbing stairs, going down stairs, uphill, and downhill. A combination is preferable. The extensors of the knee joint include the rectus femoris, vastus medialis, and vastus lateralis, the extensors of the ankle joint include the medial gastrocnemius, lateral gastrocnemius, and gastrocnemius, and the flexors of the metatarsal joint include the flexor digitorum longus.

단일의 지형으로 이루어진 보행 환경을 계속적으로 보행하는 상황을 구분하기 위하여, 발목 관절의 신전근이 중요 파라미터이다. 하지만, 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경을 계속적으로 보행하는 경우와 연속된 서로 다른 보행 환경이 전환되는 경우를 구분하는 중요한 파라미터는 무릎 관절의 신전근 및 중족 관절의 굽힘근이다. 따라서, 모든 근육의 데이터를 사용하여 판단하는 것이 가장 좋은 결과를 보이기는 하나, 의족 등과 같은 보조 장치의 설계 및 제어에 있어 입력 신호를 줄여 제어의 용이성을 향상시키는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명에 따른 보행 환경 전환 검출 시스템은 보조 장치의 빠른 제어와 정확한 제어를 동시에 구현하기 위하여, 무릎 관절의 신전근과, 발목 관절의 신전근 및 중족 관절의 굽힘근에 대한 근전도 신호들의 조합을 사용한다. To distinguish between continuous walking situations in a walking environment consisting of a single terrain, the extensor muscles of the ankle joint are an important parameter. However, the important parameters that distinguish between continuous walking in a walking environment consisting of a single terrain and switching between different walking environments in succession are the extensor muscles of the knee joint and the flexor muscles of the metatarsal joint. Therefore, although judgment using data from all muscles shows the best results, it is important to improve ease of control by reducing input signals in the design and control of auxiliary devices such as prosthetics. Therefore, the walking environment transition detection system according to the present invention uses a combination of electromyographic signals for the extensors of the knee joint, the extensors of the ankle joint, and the flexors of the metatarsal joint in order to simultaneously implement fast and accurate control of the assistive device. do.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 보행 환경 전환을 검출하기 위하여 사용된 근전도 신호들의 대상들을 도시한 모식도이다. 도 2의 (a)는 무릎 관절들이며, (b)는 발목 관절이며, (c)는 중족 관절이다. Figure 2 is a schematic diagram showing the objects of EMG signals used to detect a walking environment change in the walking environment change detection system based on EMG signals according to a preferred embodiment of the present invention. In Figure 2, (a) is the knee joint, (b) is the ankle joint, and (c) is the metatarsal joint.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 검출 및 분류하고자 하는 다양한 보행 환경 및 다양한 보행 환경 전환 상태들을 예시적으로 도시한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템에서 검출하고자 하는 13가지의 보행 작업은, (a) 평지 걷기(FG), (b) 계단 오르기(US), (c) 계단 내리기(DS), (d) 오르막 걷기(UH), (e) 내리막 걷기(DH), (f) 평지 걷기에서 계단 오르기의 전환(FG-US), (g) 계단 오르기에서 평지 걷기로의 전환(US-FG), (h) 계단 내리기에서 평지 걷기로의 전환(DS-FG), (i) 평지 걷기에서 계단 내리기로의 전환(FG-DS), (j) 평지 걷기에서 오르막 걷기로의 전환(FG-UH), (k) 오르막 걷기에서 평지 걷기로의 전환(UH-FG), (l) 내리막 걷기에서 평지 걷기로의 전환(DH-FG), (m) 평지 걷기에서 내리막 걷기로의 전환(FG-DH)이다. Figure 3 is a schematic diagram illustrating various walking environments and various walking environment transition states to be detected and classified in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to Figure 3, the 13 walking tasks to be detected by the system according to the present invention are (a) walking on level ground (FG), (b) climbing stairs (US), (c) descending stairs (DS), ( d) uphill walking (UH), (e) downhill walking (DH), (f) transition from level walking to stair climbing (FG-US), (g) transition from stair climbing to level walking (US-FG), (h) transition from walking down stairs to walking on level ground (DS-FG), (i) transition from walking on level ground to walking down stairs (FG-DS), (j) transition from walking on level ground to walking uphill (FG-UH). , (k) transition from uphill walking to level walking (UH-FG), (l) transition from downhill walking to level walking (DH-FG), (m) transition from level walking to downhill walking (FG-DH). )am.

상기 신호 수집 장치(10)는 보행자들의 신체에 부착된 근전도 측정 센서들에 의해 측정된 근전도 신호들을 수집하여 상기 데이터베이스에 저장하게 된다. 상기 근전도 측정 센서들은 내측 비복근(MG), 외측 비복근(LG), 비장근(Sol), 대퇴직근(RF), 내측광근(VM), 외측광근(VL), 반막양근(ST), 대퇴이두근(BF), 전경골근(TA), 장무지굴근(FHL) 및 장지신근(EDL)에 부착되며, 보행시의 근활성도 데이터를 측정한다. 상기 근활성도 데이터는 각 보행 환경에서의 보행시 및 각 보행 환경간 전환 상태에서 입각기 동안의 데이터를 수집하는 것이 바람직하다. The signal collection device 10 collects EMG signals measured by EMG sensors attached to the pedestrians' bodies and stores them in the database. The electromyography sensors include medial gastrocnemius (MG), lateral gastrocnemius (LG), gastrocnemius (Sol), rectus femoris (RF), vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL), semimembranosus (ST), and biceps femoris. It is attached to (BF), tibialis anterior (TA), flexor hallucis longus (FHL), and extensor digitorum longus (EDL), and measures muscle activity data during walking. It is preferable to collect the muscle activity data during the stance phase when walking in each walking environment and in the transition state between each walking environment.

상기 신경망 학습 장치(30)는 학습 데이터들을 전처리하여 제공하는 전처리 모듈(300) 및 전처리된 학습 데이터들을 이용하여 신경망 모델을 학습시키는 학습 모듈(310)을 구비한다. The neural network learning device 30 includes a preprocessing module 300 that preprocesses and provides learning data, and a learning module 310 that trains a neural network model using the preprocessed learning data.

상기 전처리 모듈(300)은 근전도 신호 데이터들을 20~500 Hz의 대역 통과 필터를 이용하여 필터링하여 정류시키며, 정류된 근전도 신호 데이터들을 차단 주파수가 10Hz인 저역 통과 필터를 이용하여 필터링하며, 필터링된 근전도 신호 데이터들은 각 보행자의 평지 걷기에서의 피크 근전도 진폭에 대해 정규화시킨다. 더 나아가, 신경망 모델을 훈련하고 평가하기 위하여 입력 데이터의 크기를 일치시키기 위하여 모든 근전도 신호 데이터들은 보간되는 것이 바람직하다. The preprocessing module 300 filters and rectifies the EMG signal data using a band-pass filter of 20 to 500 Hz, filters the rectified EMG signal data using a low-pass filter with a cutoff frequency of 10 Hz, and filters the EMG signal data using a low-pass filter with a cutoff frequency of 10 Hz. Signal data are normalized to each pedestrian's peak EMG amplitude while walking on level ground. Furthermore, it is desirable that all EMG signal data be interpolated to match the size of the input data to train and evaluate the neural network model.

전처리된 각 근전도 신호 데이터들은 각 개별 근육으로 분리되고, 개별 근육으로 분리된 근전도 신호 데이터들은 보행 환경 및 보행 환경 전환 상태에서의 걷기 작업들 중 하나로 라벨링되어, 신경망 모델의 입력 데이터로 사용된다. 학습 데이터들 중 일부는 신경망 모델의 훈련을 위한 입력 데이터로 사용되며, 학습 데이터들 중 나머지는 신경망 모델의 평가를 위한 입력 데이터로 사용된다. Each preprocessed EMG signal data is separated into each individual muscle, and the EMG signal data separated into individual muscles is labeled as one of the walking tasks in the walking environment and walking environment transition state, and is used as input data for the neural network model. Some of the learning data is used as input data for training the neural network model, and the rest of the learning data is used as input data for evaluating the neural network model.

상기 학습 모듈은, 라벨링된 근전도 신호 데이터들을 이용하여 신경망 모델을 훈련시키고 평가함으로써, 신경망 모델을 학습시키게 된다. The learning module learns a neural network model by training and evaluating the neural network model using labeled EMG signal data.

본 발명에 따른 걷기 작업을 식별하기 위한 상기 신경망 모델은 입력 레이어, 적어도 3개 이상의 은닉 레이어, 출력 레이어를 포함하며, 상기 출력 레이어는 복수 개의 보행 환경에서의 걷기 및 복수 개의 보행 환경 전환 상태에서의 걷기를 포함하는 복수 개의 출력 노드들을 갖는다. The neural network model for identifying a walking task according to the present invention includes an input layer, at least three or more hidden layers, and an output layer, wherein the output layer is used for walking in a plurality of walking environments and in a switching state of a plurality of walking environments. It has multiple output nodes including walking.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 신경망 모델을 예시적으로 도시한 블록 다이어그램이다. 도 4의 (a)을 참조하면, 본 발명에 따른 신경망 모델은 입력 레이어, 3개의 은닉 레이어들 및 출력 레이어로 구성될 수 있다. 도 4의 (b)는 뉴런 구조를 예시적으로 도시한 것으로서, 기울기 소실 문제를 방지하기 위하여 활성화 함수로 신경망에 정류된 선형 단위를 사용하고, 과적합 문제를 방지하기 위하여 드롭 아웃 (DropOut) 기법을 사용하는 것을 특징으로 한다. Figure 4 is a block diagram illustrating a neural network model in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to (a) of FIG. 4, the neural network model according to the present invention may be composed of an input layer, three hidden layers, and an output layer. Figure 4(b) shows an exemplary neuron structure. In order to prevent the gradient loss problem, a linear unit rectified in the neural network is used as an activation function, and a dropout technique is used to prevent the overfitting problem. It is characterized by using .

본 발명에 따른 신경망 모델을 이용한 보행 환경 전환 검출 시스템은, 현재의 보행 환경 및 보행 환경 전환을 높은 정확도로 판별할 수 있으며, 무릎 관절의 신전근(RF, VL, VM)에서 측정된 근육 활성화 데이터를 사용할 때 95.4%의 성공률을 달성한다. The walking environment transition detection system using the neural network model according to the present invention can determine the current walking environment and walking environment transition with high accuracy, and muscle activation data measured from the extensor muscles (RF, VL, VM) of the knee joint Achieves a 95.4% success rate when used.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 입각기 동안 모든 근육의 EMG 신호의 전체 프로파일을 입력으로 사용하여 13가지 걷기 작업을 식별하기 위한 오차 행렬(Confusion matrix)을 도시한 도표이다. 도 5를 참조하면, 각각의 현재 보행 환경과 보행 환경 전환을 식별하기 위한 정확도의 순서에 따른 근육 집합은, 발목 관절의 신전근(LG, MG, Sol), 무릎 관절의 신전근(RF, VL, VM), 무릎 관절의 굴곡근(ST, BF), MTP 굴곡근(FHL), 발목 관절의 굴곡근(TA) 및 MTP 신전근(EDL)이다. Figure 5 shows the errors for identifying 13 walking tasks by using the entire profile of EMG signals of all muscles during the stance phase as input in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. This is a diagram showing a confusion matrix. Referring to Figure 5, the muscle sets according to the order of accuracy for identifying each current walking environment and walking environment transition are the extensors of the ankle joint (LG, MG, Sol), and the extensors of the knee joint (RF, VL, VM). ), knee joint flexors (ST, BF), MTP flexors (FHL), ankle joint flexors (TA), and MTP extensors (EDL).

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 각 관절에 대한 굴곡근과 신전근의 조합에 대한 활성도를 이용하였을 때의 분류 정확도를 도시한 그래프이다. 도 6에 있어서, 무릎 관절의 굴곡근은 반건양근과 대퇴이두근을 나타내며, 무릎 관절의 신전근은 대퇴직근, 내측광근, 외측광근을 나타내며, 발목 관절의 굴곡근은 전경골근을 나타내며, 발목 관절의 신전근은 가자미근, 내측 비복근 및 외측 비복근을 나타내며, MTP 관절의 굴곡근과 신전근은 각각 장무지굴근과 장지신근을 나타낸다. Figure 6 is a graph showing the classification accuracy when using the activity of the combination of flexors and extensors for each joint in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. In Figure 6, the flexors of the knee joint represent the semitendinosus and biceps femoris, the extensors of the knee joint represent the rectus femoris, vastus medialis, and vastus lateralis, the flexors of the ankle joint represent the tibialis anterior muscle, and the extensors of the ankle joint. represents the soleus, medial gastrocnemius, and lateral gastrocnemius, and the flexor and extensor muscles of the MTP joint represent the flexor pollicis longus and extensor digitorum longus, respectively.

도 6을 참조하면, 각 관절에 대한 굴곡근과 신전근 조합의 활성도를 이용하였을 때, 발목 관절의 신전근 조합인 LG, MG, Sol의 활성화를 기반으로 하여 신경망 모델을 학습하여 분류하는 경우, 분류 정확도가 78.1%의 분류 성능을 달성하였다. Referring to Figure 6, when using the activity of the combination of flexors and extensors for each joint, when learning and classifying a neural network model based on the activation of LG, MG, and Sol, which are the combination of extensor muscles of the ankle joint, the classification accuracy is A classification performance of 78.1% was achieved.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 입각기 동안 무릎 신전근, 발목 신전근 및 MTP 굴근 근육 활성화의 전체 프로파일을 사용하여 13가지 걷기 작업을 식별하기 위한 오차 행렬을 도시한 도표이다. 도 7을 참조하면, 각 관절에 대한 신전근 그룹과 굴곡근 그룹의 조합에 따라 현재 보행 환경과 보행 환경 전환을 분류할 때, 무릎 관절의 신전근(RF, VL, VM), 발목 관절의 신전근(LG, MG, Sol), MTP 관절의 굴근(FHL)의 조합에 대한 분류 정확도는 90.9%이다. Figure 7 shows that in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention, 13 walking tasks are identified using the entire profile of knee extensor, ankle extensor, and MTP flexor muscle activation during the stance phase. This is a diagram showing the error matrix for: Referring to Figure 7, when classifying the current walking environment and walking environment transition according to the combination of the extensor group and flexor group for each joint, the extensors of the knee joint (RF, VL, VM) and the extensors of the ankle joint (LG, The classification accuracy for the combination of MG, Sol), and MTP joint flexors (FHL) was 90.9%.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 한 보행 환경 전환 검출 시스템에 있어서, 각 근육 조합에 따른 연속 보행 환경, 계단-평지 전환 환경, 언덕-평지 전환 환경에서의 분류 정확도들을 도시한 그래프이다. Figure 8 shows classification accuracies in a continuous walking environment, a stair-level transition environment, and a hill-flat transition environment according to each muscle combination in the walking environment transition detection system based on electromyography signals according to a preferred embodiment of the present invention. This is the graph shown.

도 8에 있어서, (a)는 무릎 관절의 신전근들의 조합, (b)는 무릎 관절의 신전근, 발목 관절의 신전근, MTP 관절의 굴곡근의 조합, (c)는 모든 근육의 조합일 때의 연속 보행 환경(Continuous walking tasks), 계단-평지 전환 환경(Transition stair-walking tasks), 언덕-평지 전환 환경(Transition hill-walking tasks) 에서의 분류 정확도들을 나타낸다. In Figure 8, (a) is a combination of the extensors of the knee joint, (b) is a combination of the extensors of the knee joint, extensor muscles of the ankle joint, and flexors of the MTP joint, and (c) is a combination of all muscles. It shows classification accuracies in continuous walking tasks, transition stair-walking tasks, and transition hill-walking tasks.

도 8을 참조하면, 각 환경에서의 분류 정확도를 비교한 결과, 언덕-평지 전환 환경에서의 분류 정확도가 가장 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 도 8을 참조하면, (b)의 근육 조합을 사용하는 경우, 모든 근육의 조합을 사용하는 경우와 거의 유사한 분류 정확도를 보여줌을 알 수 있다. Referring to Figure 8, as a result of comparing the classification accuracy in each environment, it can be seen that the classification accuracy in the hill-flat transition environment is the lowest. Additionally, referring to Figure 8, it can be seen that when using the muscle combination in (b), classification accuracy is almost similar to when using a combination of all muscles.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Although the present invention has been described above with a focus on preferred embodiments, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will understand that it does not deviate from the essential characteristics of the present invention. It will be apparent that various modifications and applications not exemplified above are possible within the scope. In addition, these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the appended claims.

1 : 보행 환경 전환 검출 시스템
10 : 신호 수집 장치
20 : 데이터베이스
30 : 신경망 학습 장치
300 : 전처리 모듈
310 : 학습 모듈
40 : 보행 환경 전환 검출 장치
1: Walking environment transition detection system
10: signal collection device
20: database
30: Neural network learning device
300: Preprocessing module
310: Learning module
40: Walking environment transition detection device

Claims (10)

근전도 신호들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여, 신경망 모델을 학습시켜 보행 환경 전환을 분류할 수 있도록 모델링하는 신경망 모델 학습 장치; 및
사용자의 근전도 신호들을 이용하여 상기 학습된 신경망 모델을 통해, 사용자의 보행 환경 전환을 검출하고 분류하는 보행 환경 전환 보행 환경 전환 검출 장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 시스템.
A neural network model learning device that trains a neural network model using learning data consisting of electromyography signals to classify walking environment transitions; and
a walking environment change detection device that detects and classifies a user's walking environment change using the learned neural network model using the user's electromyography signals;
A walking environment transition detection system comprising:
제1항에 있어서, 상기 학습 데이터는,
무릎 관절의 신전근과 굽힘근, 발목 관절의 신전근과 굽힘근 및 중족 관절의 신전근과 굽힘근의 근전도 신호들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 시스템.
The method of claim 1, wherein the learning data is:
A walking environment transition detection system characterized by a combination of electromyographic signals from the extensors and flexors of the knee joint, the extensors and flexors of the ankle joint, and the extensors and flexors of the midfoot joint.
제2항에 있어서, 상기 학습 데이터를 구성하는 근전도 신호들은,
단일의 지형으로 이루어진 보행 환경에서의 걷기 작업들, 및 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환에서의 걷기 작업들 중 하나로 라벨링된 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 시스템.
The method of claim 2, wherein the electromyography signals constituting the learning data are:
A walking environment transition detection system, characterized in that it is labeled as one of walking tasks in a walking environment consisting of a single terrain, and walking tasks in a walking environment transition consisting of successive different terrains.
제3항에 있어서, 상기 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막을 포함하며,
상기 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막 중 2개의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 시스템.
The method of claim 3, wherein the walking environment consisting of a single terrain includes flat ground, going up stairs, going down stairs, uphill, and downhill,
A walking environment transition detection system, characterized in that the walking environment transition consisting of the continuous different terrains consists of a combination of two of flat ground, climbing stairs, descending stairs, uphill, and downhill.
제1항에 있어서, 상기 신경망 모델 학습 장치는,
학습 데이터들을 전처리하여 제공하는 전처리 모듈; 및
전처리된 학습 데이터들을 이용하여 신경망 모델을 학습시키는 학습 모듈;을 구비하고,
상기 전처리 모듈은,
근전도 신호 데이터들을 정류시키는 대역 통과 필터;
정류된 근전도 신호 데이터들을 필터링하는 저역 통과 필터;
필터링된 근전도 신호 데이터들을 각 보행자의 평지 걷기에서의 피크 근전도 진폭에 대해 정규화시키는 정규화 모듈;
을 구비하는 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 시스템.
The method of claim 1, wherein the neural network model learning device,
A preprocessing module that preprocesses and provides learning data; and
A learning module that trains a neural network model using preprocessed learning data;
The preprocessing module is,
A band-pass filter for rectifying electromyography signal data;
A low-pass filter for filtering the rectified EMG signal data;
a normalization module that normalizes the filtered EMG signal data to the peak EMG amplitude of each pedestrian walking on level ground;
A walking environment transition detection system comprising:
(a) 근전도 신호들로 이루어진 학습 데이터를 이용하여, 신경망 모델을 학습시켜 보행 환경 전환을 분류할 수 있도록 모델링하는 단계; 및
(b) 사용자의 근전도 신호들을 이용하여 상기 학습된 신경망 모델을 통해, 사용자의 보행 환경 전환을 검출하고 분류하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 방법.
(a) using learning data consisting of electromyography signals, learning a neural network model to classify walking environment transitions; and
(b) detecting and classifying the user's walking environment transition through the learned neural network model using the user's electromyography signals;
A walking environment transition detection method comprising:
제6항에 있어서, 상기 학습 데이터는,
무릎 관절의 신전근과 굽힘근, 발목 관절의 신전근과 굽힘근 및 중족 관절의 신전근과 굽힘근의 근전도 신호들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 방법.
The method of claim 6, wherein the learning data is:
A walking environment transition detection method comprising a combination of electromyographic signals from the extensors and flexors of the knee joint, the extensors and flexors of the ankle joint, and the extensors and flexors of the midfoot joint.
제7항에 있어서, 상기 학습 데이터를 구성하는 근전도 신호들은,
단일의 지형으로 이루어진 보행 환경에서의 걷기 작업들, 및 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환에서의 걷기 작업들 중 하나로 라벨링된 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 방법.
The method of claim 7, wherein the electromyography signals constituting the learning data are:
A walking environment transition detection method, characterized in that it is labeled as one of walking tasks in a walking environment composed of a single terrain, and walking tasks in a walking environment transition composed of successive different terrains.
제8항에 있어서, 상기 단일의 지형으로 이루어진 보행 환경은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막을 포함하며,
상기 연속된 서로 다른 지형으로 이루어진 보행 환경 전환은 평지, 계단 오르기, 계단 내리기, 오르막, 내리막 중 2개의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 방법.
The method of claim 8, wherein the walking environment consisting of a single terrain includes flat ground, going up stairs, going down stairs, uphill, and downhill,
A walking environment transition detection method, characterized in that the walking environment transition consisting of the continuous different terrains consists of a combination of two of flat ground, climbing stairs, descending stairs, uphill, and downhill.
제6항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
(a1) 학습 데이터들을 전처리하는 단계; 및
(a2) 전처리된 학습 데이터들을 이용하여 신경망 모델을 학습시키는 단계;
를 구비하고,
상기 (a1) 단계는, 대역 통과 필터를 이용하여 근전도 신호 데이터들을 정류시키고, 저역 통과 필터를 이용하여 상기 정류된 근전도 신호 데이터들을 필터링하고, 상기 필터링된 근전도 신호 데이터들을 각 보행자의 평지 걷기에서의 피크 근전도 진폭에 대해 정규화시키는 것을 특징으로 하는 보행 환경 전환 검출 방법.
The method of claim 6, wherein step (a) is,
(a1) preprocessing the learning data; and
(a2) learning a neural network model using preprocessed learning data;
Equipped with
In step (a1), the EMG signal data is rectified using a band-pass filter, the rectified EMG signal data is filtered using a low-pass filter, and the filtered EMG signal data is used for each pedestrian's level walking. A walking environment transition detection method characterized by normalizing to the peak EMG amplitude.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102302719B1 (en) 2019-07-22 2021-09-27 단국대학교 산학협력단 Apparatus and method for classification of gait type by performing neural network analysis for various detection information
KR102352537B1 (en) 2020-02-18 2022-01-17 고려대학교 산학협력단 Walking assistance system
KR20220152725A (en) 2021-05-10 2022-11-17 서강대학교산학협력단 method for classfying the walking environment based on Surface electro myography using Artificial Neural Network and apparatus thereof

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