Uppskattning av vridmoment för fotled med HDEMG-driven CNN-LSTM-modell och dataökning

Robotic-powered exoskeletons are increasingly used to assist patients with movement disorders in daily life and rehabilitation. Accurately estimating joint torque, especially for dynamic movement conditions using EMG, is crucial for effective assistance. Machine learning and deep learning have been employed for EMG-based force/torque estimation, but their precision and robustness have been limited, particularly for dynamic movements. This thesis aims at comparing and analyze the results using MLP, CNN, and CNN-LSTM methods to estimate ankle joint torque in dynamic movements based on HD-EMG. Meanwhile, this thesis designed and tested different data augmentation to enhance the performance using HD-EMG data augmentation techniques. The CNN-LSTM model demonstrated superior performance among the machine learning models. Additionally, the combination of spatial and signal augmentation methods showed notable improvements in the inter-subject case performance of the prediction. No augmentation methods have shown notable improvements in the intra-subject case or inter-session case.Robotdrivna exoskelett används i allt större utsträckning för att hjälpa patienter med rörelsestörningar i det dagliga livet och rehabiliteringen. Att noggrant uppskatta ledmomentet, särskilt för dynamiska rörelseförhållanden med EMG, är avgörande för effektiv assistans. Maskininlärning och djupinlärning har använts för EMG-baserad kraft/vridmomentuppskattning, men deras precision och robusthet har varit begränsad, särskilt för dynamiska rörelser. Denna avhandling syftar till att jämföra och analysera resultaten med MLP-, CNN- och CNN-LSTM-metoder för att uppskatta fotledsvridmoment i dynamiska rörelser med hjälp av HD-EMG datadrivna modeller. Samtidigt designade och testade denna avhandling olika dataförstärkningar för att förbättra prestandan med hjälp av HD-EMG dataförstärkningstekniker. CNN-LSTM-modellen visade överlägsen prestanda bland maskininlärningsmodellerna. Dessutom visade kombinationen av rumsliga och signalförstärkningsmetoder anmärkningsvärda förbättringar i prediktionens inter-subject case performance. Inga förstärkningsmetoder har visat märkbara förbättringar i fallet inom ämnet eller fallet mellan sessioner