Araştırma Makalesi

El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması

Cilt: 38 Sayı: 3 6 Ocak 2023
PDF İndir
EN TR

El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması

Öz

Üst ekstremite hareketi tam olarak sağlanamadığında, yapay zeka (artificial intelligence/AI) sistemleri kullanıcılara amaçlanan hareketin uygulanması konusunda yardımcı olurlar. Kas aktivitesinin temsili olan elektromiyografi (EMG), sanal gerçeklik uygulamaları ve protez kontrolleri gibi AI-tabanlı sistemlerde kullanıldığında çeşitli faydalar sağlar. Bu çalışmada, bahsedilen sistemlere etkin kontrol sunmak ve tahmin performanslarını iyileştirmek amacıyla bulanık mantık (Fuzzy Logic/FL)-tabanlı bir karar verme mekanizması sunulmuştur. Bu bağlamda, 30 katılımcıdan yedi farklı el hareketini taklit etmesi sonucunda oluşan EMG sinyalleri toplandı. Gerekli ön işleme ve bölütleme işlemlerinin ardından elde edilen sinyallere Hilbert-Huang Dönüşümü'nün (HHD) ilk aşaması Görgül Kip Ayrışımı (GKA) metodu uygulandı ve İçsel Mod Fonksiyonları (İMF) elde edildi. İstatistiksel İMF seçim yöntemi ile belirlenen İMF’lere HHD uygulanmasıyla iyi çözünürlüklü zaman-frekans (time-frequency/TF) imgeleri elde edildi. Zaman ve frekans uzayının ortak temsiline dayalı görselleştirilmiş TF imgelerinden çeşitli ayırt edici öznitelikler çıkartıldı. İki farklı kümeleme tekniği uygulanan öznitelik veri seti, Uyarlamalı Sinirsel Bulanık Çıkarım Sistemi'ne (ANFIS) girdi olarak verildi. Yedi el hareketi sınıflandırması için Azaltımlı (Subtractive Clustering/SC) ve Bulanık C-ortalama (Fuzzy C-mean/FCM) kümeleme yöntemleri için ortalama doğruluk değerleri sırasıyla %93,88 ve %92,10 olarak elde edilmiştir. TF temsiline dayalı özniteliklerin FL yaklaşımlarıyla sınıflandırılması sonucu elde edilen bulgular, EMG gibi durağan ve doğrusal olmayan biyolojik sinyallerin sınıflandırılması için umut verici olduğunu göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

Destekleyen Kurum

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) ve İzmir Kâtip Çelebi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinasyon Birimi

Proje Numarası

TÜBİTAK 120E512 ve İKÇÜ BAP 2021-ÖDL-MUMF-0004, 2019-ÖNAP-MÜMF-0001 ve 2019-ÖNAP-MÜMF-0003

Teşekkür

Bu çalışma, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) Bilim İnsanı Destek Programları Başkanlığı (BİDEB) tarafından 2210-C Öncelikli Alanlara Yönelik Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı projesi ve TÜBİTAK 120E512 numaralı proje ve İzmir Kâtip Çelebi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinasyon Birimi tarafından 2021-ÖDL-MUMF-0004, 2019-ÖNAP-MÜMF-0001 ve 2019-ÖNAP-MÜMF-0003 numaralı hibeler kapsamında desteklenmiştir.

Kaynakça

  1. Balbinot A., Favieiro G., A Neuro-Fuzzy System for Characterization of Arm Movements, Sensors, 13 (2), 2613–2630, 2013.
  2. Fajardo J.M., Gomez O., Prieto F., EMG hand gesture classification using handcrafted and deep features, Biomed. Signal Process. Control, 63 (March 2020), 102210, 2021.
  3. Zahak M., Signal Acquisition Using Surface EMG and Circuit Design Considerations for Robotic Prosthesis, Computational Intelligence in Electromyography Analysis - A Perspective on Current Applications and Future Challenges, Naik G.R., IntechOpen, London, United Kingdom: IntechOpen, (2012).
  4. Kılıç E., Başer Ö., Kızılhan H., EMG-based stiffness estimation of ankle joint and real-time implementation on a variable stiffness ankle exoskeleton robot, J. Fac. Eng. Archit. Gazi Univ., 36 (1), 225–240, 2020.
  5. Ozdemir M.A., Kisa D.H., Guren O., Onan A., Akan A., EMG based Hand Gesture Recognition using Deep Learning, 2020 Med. Technol. Congr., 1–4, 2020.
  6. Arozi M., Ariyanto M., Kristianto A., Munadi, Setiawan J.D., EMG Signal Processing of Myo Armband Sensor for Prosthetic Hand Input using RMS and ANFIS, 2020 7th Int. Conf. Inf. Technol. Comput. Electr. Eng., 36–40, 2020.
  7. De la Cruz-Sánchez B.A., Arias-Montiel M., Lugo-González E., EMG-controlled hand exoskeleton for assisted bilateral rehabilitation, Biocybern. Biomed. Eng., 42 (2), 596–614, 2022.
  8. Kisa D.H., Ozdemir M.A., Guren O., Akan A., EMG based Hand Gesture Classification using Empirical Mode Decomposition Time-Series and Deep Learning, 2020 Med. Technol. Congr., 1–4, 2020.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

6 Ocak 2023

Gönderilme Tarihi

18 Kasım 2021

Kabul Tarihi

16 Haziran 2022

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2023 Cilt: 38 Sayı: 3

Kaynak Göster

APA
Kısa, D. H., Özdemir, M. A., Güren, O., & Alaybeyoğlu Soy, A. (2023). El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(3), 1417-1430. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1025221
AMA
1.Kısa DH, Özdemir MA, Güren O, Alaybeyoğlu Soy A. El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması. GUMMFD. 2023;38(3):1417-1430. doi:10.17341/gazimmfd.1025221
Chicago
Kısa, Deniz Hande, Mehmet Akif Özdemir, Onan Güren, ve Ayşegül Alaybeyoğlu Soy. 2023. “El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38 (3): 1417-30. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1025221.
EndNote
Kısa DH, Özdemir MA, Güren O, Alaybeyoğlu Soy A (01 Ocak 2023) El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38 3 1417–1430.
IEEE
[1]D. H. Kısa, M. A. Özdemir, O. Güren, ve A. Alaybeyoğlu Soy, “El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması”, GUMMFD, c. 38, sy 3, ss. 1417–1430, Oca. 2023, doi: 10.17341/gazimmfd.1025221.
ISNAD
Kısa, Deniz Hande - Özdemir, Mehmet Akif - Güren, Onan - Alaybeyoğlu Soy, Ayşegül. “El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 38/3 (01 Ocak 2023): 1417-1430. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1025221.
JAMA
1.Kısa DH, Özdemir MA, Güren O, Alaybeyoğlu Soy A. El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması. GUMMFD. 2023;38:1417–1430.
MLA
Kısa, Deniz Hande, vd. “El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 38, sy 3, Ocak 2023, ss. 1417-30, doi:10.17341/gazimmfd.1025221.
Vancouver
1.Deniz Hande Kısa, Mehmet Akif Özdemir, Onan Güren, Ayşegül Alaybeyoğlu Soy. El hareketi tahmini için EMG sinyalleri ve uyarlamalı sinirsel bulanık çıkarım sistemine (ANFIS) dayalı bir karar verme mekanizması. GUMMFD. 01 Ocak 2023;38(3):1417-30. doi:10.17341/gazimmfd.1025221

Cited By