KR20160023976A - A Multiple Gait phase Recognition Method using Boosted Classifiers and Classification Matrix based on Surface EMG Signals - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물리적인센서를 사용하지 않고 표면근전도(sEMG, surface electromyography) 신호만을 이용하고 2개의 분류기(Heel LDA, Toe LDA)를 이용하여 입각기 3단계(Heel strike, Mid stance, Toe off)와 유각기 1단계(swing)를 분류하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 관한 것으로서, (a) 다수 채널의 EMG 신호의 샘플 신호를 입력받아, 상기 EMG 신호를 분류하는 분류기를 생성하는 단계; (b) 상기 분류기로 보행동작을 인식하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 방법에 의하여, 물리적인센서를 사용하지 않고 표면근전도(sEMG) 신호만을 이용하여 보행단계를 분류할 수 있다.
(Heel strike, Mid stance, Toe off) using two classifiers (Heel LDA, Toe LDA) and only three surface EMG signals (sEMG, surface electromyography) without physical sensors The present invention relates to a multi-gait step recognition method using a surface EMG signal-based boost classifier and a classification matrix for classifying a swing of an EMG signal. The method includes: (a) receiving a sample signal of an EMG signal of a plurality of channels, Generating a classifier to classify a classifier; (b) recognizing the walking operation with the classifier.
By the above method, it is possible to classify the walking step using only the surface electromyogram (sEMG) signal without using a physical sensor.
Description
본 발명은 물리적인센서를 사용하지 않고 표면근전도(sEMG, surface electromyography) 신호만을 이용하고 2개의 분류기(Heel LDA, Toe LDA)를 이용하여 입각기 3단계(Heel strike, Mid stance, Toe off)와 유각기 1단계(swing)를 분류하는, 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 관한 것이다.
(Heel strike, Mid stance, Toe off) using two classifiers (Heel LDA, Toe LDA) and only three surface EMG signals (sEMG, surface electromyography) without physical sensors The present invention relates to a multi-gait step recognition method using a classifier matrix and a Boost classifier based on a surface electromyogram signal, which classifies swing stages.
최근 융합기술의 중요성이 확대되어 IT와 BT가 결합된 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적으로 생체신호인 EMG(electromyography)를 이용하여 하지 절단환자들이 사용하는 동력 의족을 제어하는 연구가 있다.Recently, the importance of convergence technology has expanded, and studies combining IT and BT have been actively conducted. Typically, EMG (electromyography) is used to control power prostheses used by limb amputees.
이러한 연구는 장애인들의 삶 영위에 많은 도움을 주고 있다. 일반적인 대퇴 동력의족은 각도 및 압력 등의 물리적인 센서를 이용하여 제어 한다[비특허문헌 1]. 하지만 물리적인 센서를 이용한 방법은 사전에 훈련한 보행동작만을 재현하기 때문에 항상 동일한 속도로 보행해야한다는 단점이 있다.These studies are helping people with disabilities live their lives. General femoral prostheses are controlled using physical sensors such as angles and pressures [Non-Patent Document 1]. However, there is a disadvantage in that the method using the physical sensor must always walk at the same speed because it reproduces only the pre-trained walking motion.
이러한 문제를 해결하기 위하여 생체신호인 EMG를 적용하여 보행단계 분석을 하는 연구들이 진행 중이다. EMG는 근육이 수축할 때 발생하는 전기적인 활성도를 측정하는 방법이다. 따라서 피험자의 동작 의도, 보행 속도 및 보행 보폭 등과 같은 세부적인 움직임도 측정이 가능하다[비특허문헌 2]. In order to solve these problems, studies are underway to analyze the walking phase by applying EMG, which is a biological signal. EMG is a method of measuring the electrical activity that occurs when a muscle contracts. Therefore, it is possible to measure detailed motions such as subject's motion intention, walking speed, and walking stride [Non-Patent Document 2].
동력 의족 제어를 위해 수행하는 보행 단계 분류는 크게 입각기(stance), 유각기(swing)로 나뉜다. 입각기의 기준으로 정한 다리의 발이 지면에 닿은 상태를 말하며, 세부적으로 5단계(Heel strike, Foot flat, Mid stance, Heel off, Toe off)로 구분된다. 유각기는 지면에 닿았던 발이 떨어져 공중에 있는 상태를 말하며 세부적으로 3단계(Acceleration, Mid swing, Deceleration)로 분류된다.
The gait phase classification performed for power athletic control is largely divided into stance and swing. It refers to the condition that the foot of the leg determined by the standard of the stance is touched to the ground. It is divided into five stages (Heel strike, Foot flat, Mid stance, Heel off, Toe off). It is classified into three stages (Acceleration, Mid swing, Deceleration) in detail.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물리적인센서를 사용하지 않고 표면근전도(sEMG, surface electromyography) 신호만을 이용하고 2개의 분류기(Heel LDA, Toe LDA)를 이용하여 입각기 3단계(Heel strike, Mid stance, Toe off)와 유각기 1단계(swing)를 분류하는, 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to solve the above problems by using only a surface electromyography (sEMG) signal without using a physical sensor and using two classifiers (Heel LDA, Toe LDA) The present invention provides a multi-gait step recognition method using a classifier matrix and a Boost classifier based on the surface EMG signal, which classifies three stages (Heel strike, Mid stance, Toe off) and swing step.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 관한 것으로서, (a) 다수 채널의 EMG 신호의 샘플 신호를 입력받아, 상기 EMG 신호를 분류하는 분류기를 생성하는 단계; (b) 상기 분류기로 보행동작을 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-gait step recognition method using a superficial class EMG signal-based boost classifier and a classification matrix, the method comprising the steps of: (a) receiving sample signals of EMG signals of a plurality of channels, Generating a classifier; (b) recognizing the walking operation with the classifier.
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (a)단계는, (a1) 보행동작 데이터와, 상기 보행동작에 대한 N개(N은 2이상의 자연수) 채널의 EMG 신호의 트레이닝 데이터를 획득하는 단계; (a2) 상기 트레이닝 데이터에 대하여 채널별로 M개(M은 2이상의 자연수)의 특징추출 알고리즘에 의하여 각각 특징값을 추출하여, N×M 차원의 트레이닝 특징 벡터를 구하는 단계; 및, (a3) 상기 트레이닝 특징 벡터들을 이용하여, 상기 트레이닝 특징 벡터를 입력값으로 하고 상기 보행동작을 출력값으로 하는 분류기를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a multi-gait step recognition method using a surface EMG signal-based boost classifier and a classification matrix, wherein (a) comprises: (a1) walking movement data and N Acquiring training data of the EMG signal of the channel; (a2) extracting characteristic values by M feature extraction algorithms for each channel (M is a natural number equal to or greater than 2) for each training data to obtain N × M training characteristic vectors; And (a3) generating a classifier using the training feature vector as an input value and the walking motion as an output value using the training feature vectors.
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (b)단계는, (b1) 실시간으로 상기 N개 채널의 실제 보행의 EMG 신호를 수신하여, 사전에 정해진 윈도우 사이즈의 EMG 신호 데이터를 추출하는 단계; (b2) 상기 실제 보행의 EMG 신호 데이터에 대하여 채널별로 상기 M개의 특징추출 알고리즘에 의하여 각각 특징값을 추출하여, N×M 차원의 실제 보행의 특징 벡터를 구하는 단계; 및, (b3) 상기 실제 보행의 특징 벡터를 입력으로 하여, 상기 분류기를 통해 상기 실제 보행의 보행동작을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention further provides a multi-gait step recognition method using a surface EMG signal based boost classifier and a classification matrix, wherein the step (b) comprises: (b1) receiving an EMG signal of the actual walking of the N channels in real time, Extracting EMG signal data of a predetermined window size; (b2) extracting characteristic values of the actual walking data by the M feature extraction algorithms for each channel with respect to the EMG signal data of the actual walking data to obtain characteristic vectors of the N * M dimensional actual walking data; And (b3) inputting the feature vector of the actual gait, and identifying the gait of the actual gait through the classifier.
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 보행동작은 온/오프의 앞꿈치 동작과 온/오프의 뒷꿈치 동작으로 구성되고, 상기 분류기는 앞꿈치 동작을 분류하는 앞꿈치 분류기와, 뒷꿈치 동작을 분류하는 뒷꿈치 분류기로 구성되는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is a multi-gait step recognition method using a surface EMG signal-based boost classifier and a classification matrix, wherein the gait operation consists of on / off heel operation and on / off heel operation, And a heel sorter for sorting the heel action.
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (b3)단계에서, 앞꿈치 동작의 온/오프와, 뒷꿈치 동작의 온/오프에 의하여 4개의 보행동작을 나타내는 분류 매트릭스를 구성하여, 상기 앞꿈치 분류기와 상기 뒷꿈치 분류기의 결과를 상기 분류 매트릭스를 통해 보행동작을 식별하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is a multi-gait step recognition method using a classifier matrix and a superficial classifier based on a surface electromyogram signal. In the step (b3), the on / off operation of the forefoot and the on / Wherein a classification matrix indicating an operation is constructed so that the results of the forefoot classifier and the heel classifier are identified through the classification matrix.
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (a1)단계에서, 상기 보행동작 데이터는 압력센서를 통해 획득하고, 상기 압력센서에 의해 추출되는 앞꿈치 동작 및 뒷꿈치 동작 각각에 대하여 동작 간의 시간을 평균하여 윈도우 사이즈를 추출하되, 상기 앞꿈치 분류기와 상기 뒷꿈치 분류기의 윈도우 사이즈를 서로 독립하여 구하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is a multi-gait step recognition method using a surface EMG signal-based boost classifier and a classification matrix, wherein in the step (a1), the walking operation data is obtained through a pressure sensor, The window size is extracted by averaging the time between operations for each of the forefoot operation and the heel operation, and the window sizes of the forefoot classifier and the heel classifier are obtained independently of each other.
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (a1)단계에서, 상기 4개의 보행동작 별로 윈도우 사이즈를 독립적으로 구하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that in the step (a1), the window size is independently determined for each of the four walking motions in the multi-gait step recognition method using the surface electromyogram signal-based boost classifier and the classification matrix.
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 (b1)단계에서, 순차적으로 진행하는 보행단계에 따라 해당 보행동작의 윈도우 사이즈를 사용하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention provides a multi-gait step recognition method using a superficial class EMF signal-based boost classifier and a classification matrix, wherein in step (b1), a window size of a corresponding gait operation is used in accordance with a gait step .
또한, 본 발명은 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 있어서, 상기 보행단계는 입각기(Stance)의 3단계 및 유각기(Swing) 1단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of recognizing a multi-gait step using a classifier matrix and a Boost classifier based on a surface electromyogram signal, wherein the gait step comprises three stages of stance and one stage of swing do.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법에 의하면, 물리적인센서를 사용하지 않고 표면근전도(sEMG) 신호만을 이용하여 보행단계를 분류할 수 있는 효과가 얻어진다.
As described above, according to the multi-gait step recognition method using the surface EMG signal-based boost classifier and the classification matrix according to the present invention, it is possible to classify the gait steps using only the surface electromyogram (sEMG) Is obtained.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대한 블록도.
도 2는 본 발명에 사용되는 인간의 보행 단계를 나타낸 그림.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법을 설명하는 흐름도.
도 4는 본 발명의 표면근전도(sEMG) 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법의 전체적인 과정을 설명하는 흐름 블록도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보행동작과 취득된 데이터를 표시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 분류 매트릭스를 나타낸 표.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 EMG 신호 센싱 전극의 부착 위치를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실험에 따라 뒷꿈치(Heel)의 윈도우 크기에 따른 정확도를 나타낸 표.
도 9는 본 발명의 실험에 따라 앞꿈치(Toe)의 윈도우 크기에 따른 정확도를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 실험에 따라 뒷꿈치(Heel)와 앞꿈치(Toe)에 대하여 감독(Supervisor) 방식과 실시간(Realtime) 방식의 분류기별 정확도를 비교한 그래프.
도 11은 본 발명의 실험에 따라, 실시간(Real Time) 방식으로 보행단계를 분류하는 정확도에 대한 그래프.FIG. 1 is a block diagram of a configuration of an overall system for performing a multi-gait step recognition method using a classification matrix and a Boost classifier based on a surface electromyogram signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a walking step of a human being used in the present invention. FIG.
3 is a flow chart illustrating a method of recognizing multiple walking steps using a surface EMG signal based boost classifier and a classification matrix according to an embodiment of the present invention.
4 is a flow block diagram illustrating the overall process of a multi-gait step recognition method using a surface electromyogram (sEMG) signal based boost classifier and a classification matrix of the present invention.
5 is a graph showing a walking operation and acquired data according to an embodiment of the present invention.
6 is a table showing a classification matrix according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing an attachment position of an EMG signal sensing electrode according to an embodiment of the present invention.
8 is a table showing the accuracy according to the window size of the heel according to the experiment of the present invention.
9 is a graph showing the accuracy according to the window size of the toe according to the experiment of the present invention.
10 is a graph comparing the accuracy of the supervisor method and the realtime method by the classifier for the heel and the toe according to the experiment of the present invention.
11 is a graph of the accuracy of classifying gait steps in a real-time manner according to an experiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.First, a configuration of an overall system for implementing a multi-gait step recognition method using a classification matrix and a surface electromyogram signal based boost classifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법은 EMG 신호(11) 또는 보행 압력 신호(12)를 입력받아, 보행동작(또는 보행단계)을 인식하는 컴퓨터 단말(20) 상의 프로그램 시스템(30)으로 실시될 수 있다. 즉, 상기 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법은 프로그램으로 구성되어 컴퓨터 단말(20)에 설치되어 실행될 수 있다. 컴퓨터 단말(20)에 설치된 프로그램은 하나의 프로그램 시스템(30)과 같이 동작할 수 있다. 여기서 컴퓨터 단말(20)은 프로그램을 처리하는 컴퓨팅 기능을 가진 장치를 말한다.As shown in FIG. 1, the multi-gait step recognition method using the classification matrix and the surface EMG signal-based boost classifier according to the present invention receives the EMG signal 11 or the
한편, 다른 실시예로서, 상기 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법은 프로그램으로 구성되어 범용 컴퓨터에서 동작하는 것 외에 ASIC(주문형 반도체) 등 하나의 전자회로로 구성되어 실시될 수 있다. 또는 보행단계 인식만을 전용으로 처리하는 전용 단말(30)로 개발될 수도 있다. 이를 표면근전도 신호기반 보행단계 인식 장치(30)라 부르기로 한다. 그 외 가능한 다른 형태도 실시될 수 있다.
Meanwhile, as another embodiment, the multi-gait step recognition method using the surface electromyogram signal based boost classifier and the classification matrix is constituted by a program and is composed of one electronic circuit such as an ASIC . Or as a
다음으로, 본 발명에서 인식하고자 하는 보행단계(또는 보행동작)를 도 2를 참조하여 설명한다.Next, a walking step (or a walking operation) to be recognized in the present invention will be described with reference to FIG.
도 2에서 보는 바와 같이, 인간의 보행 단계는 입각기(Stance) 4단계와 유각기(Swing) 4단계로 구분된다. 입각기는 기준이 되는 다리의 발바닥이 지면에 닿은 상태를 의미하여 유각기는 발바닥이 지면에서 떨어져 있는 상태다. As shown in FIG. 2, the walking stage of the human being is divided into four stages of stance (Stance) and four stages of swing (swing). The stance refers to the state where the foot of the leg which is a standard touches the ground, and the feet are apart from the ground.
입각기 단계는 도 2에서 볼 수 있듯이 관절각과 지면에 닿은 발바닥의 위치에 따라 초기 접촉기(Initial Contact), 부하 반응기(Loading Response), 중간 입각기(Mid stance) 및 마지막 입각기(Terminal stance)로 구분된다. 유각기는 관절각과 이 순간 속력에 따라 전 유각기(Pre Swing), 초기 유각기(Initial Swing), 중간 유각기(Mid Swing), 및, 마지막 유각기(Terminal Swing)로 구분된다. 본 발명에서는 보행 단계의 핵심이 되는 입각기(Stance) 3단계인 초기 접촉기(Initial Contact), 중간 입각기(Mid stance) 및 마지막 입각기(Terminal stance)로 유각기(Swing)는 1단계로 총 4단계를 구분한다.
As shown in FIG. 2, the stance phase is divided into an initial contact, a loading response, a mid stance, and a terminal stance depending on the joint angle and the position of the sole contacting the ground Respectively. The swinging period is divided into pre swing, initial swing, mid swing, and terminal swing according to the joint angle and the instantaneous speed. In the present invention, the initial contact (initial contact), the mid stance (last stance), and the last stance (terminal stance), which are three stages of stance which are the core of the walking step, Four steps are distinguished.
다음으로, 본 발명의 실시를 위한 근전도(EMG) 신호의 분석 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of analyzing an EMG signal for practicing the present invention will be described.
EMG 신호를 이용한 근활동 분석 방법에는 적분 근전도(IEMG, Integrated EMG), 평균값(Average Value), 피크(Peak), 중간값(Mean Value), 문턱값(Threshold) 등이 있다. IEMG는 특정 동작이 시작되고 끝날 때까지 측정된 신호를 적분을 하여 1개의 특징 값으로 변환하는 것이다. 평균값(Average Value) 및, 피크(Peak)는 특정 동작이 시작되고 끝날 때까지 측정된 신호의 평균과 최대 값을 특징 값으로 추출한 것이다. 중간값(Mean)은 특정 동작이 시작되고 끝날 때까지 측정된 신호의 최대 값과 최소 값의 중앙에 위치한 값을 특징 값으로 추출한다. 마지막으로 문턱값(Threshold)은 근활성도에 따라 명령어를 정의해둔 뒤 기준이 넘을 때마다 명령어를 수행 또는 전송하는 방법이다.The EMG signal can be used to analyze muscle activity using IEMG, Integrated EMG, Average Value, Peak, Mean Value, and Threshold. The IEMG integrates the measured signals until the end of a specific operation and converts it to a single feature value. Average Value and Peak are the feature values of the average and maximum values of the measured signals until the start and end of a specific operation. The Mean value extracts a value located at the center of the maximum and minimum values of the measured signal until the end of a specific operation. Finally, the Threshold is a method of executing or transmitting an instruction every time the reference is exceeded after defining an instruction according to muscle activity.
즉 상방향 1.3mv, 좌 방향 2.6mv로 설정했다면 주먹을 주었을 때 그 최대 값이 1.5mv가 나왔다면 상방향 명령어를 전송하고, 2.8mv가 나왔다면 좌방향 명령어를 전송하는 방법이다. 기존의 EMG 신호 분석 방법은 근활성도 측정을 위해 개발된 방법이다. 따라서 식이 간단하고 활성도에 초점이 맞추어져 있다. 따라서 보행 분석과 같이 복잡한 조합을 통해 패턴을 인식하는 방법에는 정확도가 낮은 단점이 있다.That is, if you set up 1.3mv in the upward direction and 2.6mv in the left direction, if the maximum value is 1.5mv when the fist is given, the upward direction command is transmitted. If 2.8mv is outputted, the left direction command is transmitted. The existing EMG signal analysis method was developed for measuring muscle activity. Therefore, the diet is simple and focused on activity. Therefore, there is a disadvantage in that the method of recognizing a pattern through a complex combination such as gait analysis has a low accuracy.
최근에는, 팔, 보행, 허리 등의 동작 인식을 위하여 신호처리 알고리즘을 이용한 EMG 신호 분석 방법들이 제안되었다. 대표적으로 VAR(variance of EMG), wAMP(Willision amplitude), RMS(root mean square), MAV(mean absolutue), ZC(zero crossing), SSC(sign slope change) 등을 이용한 특징 추출 알고리즘이 있다. 각각 분산, 진폭의 평균, 실효치, 절대값의 평균, 반복횟수, 진폭의 기울기를 이용하여 특징 값으로 변환한다. 본 발명에서는 VAR, MAV, VAR, WAMP, ZC, SSC 총 6개의 특징 추출 알고리즘을 사용하여 특징 값으로 변환한다.In recent years, EMG signal analysis methods using signal processing algorithms have been proposed for motion recognition of arms, walks, and backs. Typically, there are feature extraction algorithms using VAR (variance of EMG), wAMP (Willision amplitude), root mean square (RMS), mean absolute value (MAV), zero crossing (ZC) and sign slope change (SSC). The values are converted into feature values by using the variance, the mean of the amplitude, the effective value, the average of the absolute values, the number of repetitions, and the slope of the amplitude. In the present invention, six feature extraction algorithms, VAR, MAV, VAR, WAMP, ZC, and SSC, are used to convert the feature values.
본 발명의 일실시예에 따른 표면근전도(sEMG) 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.A method of recognizing a multi-gait step using a surface electromyogram (sEMG) signal based boost classifier and a classification matrix according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 근전도 신호를 기반으로 보행단계 분류 방법은 (a) 훈련데이터 생성단계(S10)와 (b) 동작 식별 단계(S20)로 나뉜다[비특허문헌 5]. 도 4는 본 발명에 따른 보행단계 인식 방법을 도식화한 블록도이다. As shown in FIG. 3, the gait step classification method based on the EMG signal according to the embodiment of the present invention is divided into (a) training data generation step S10 and (b) operation identification step S20 Literature 5]. 4 is a block diagram illustrating a walking step recognition method according to the present invention.
먼저, 훈련데이터 생성단계(S10)를 설명한다.First, the training data generation step (S10) will be described.
훈련데이터 생성단계(S10)의 첫 번째 단계(S11)는 측정하고자 하는 근육의 근전도 신호를 채널 별로 취득한다.The first step (S11) of the training data generation step (S10) acquires the electromyogram signal of the muscle to be measured for each channel.
이때 보행동작에 따른 분류기 생성을 위하여 2개의 압력센서(Pressure sensor)를 추가로 측정하여 뒷꿈치(Heel)와 앞꿈치(Toe)가 지면과 닿는 것을 확인한다. 도 5는 보행동작과 취득된 데이터를 표시한 그래프이다.At this time, in order to generate the classifier according to the walking motion, two pressure sensors are additionally measured to confirm that the heel and the toe touch the ground. 5 is a graph showing a walking operation and acquired data.
이렇게 취득한 데이터는 감독분류 방식으로 뒷꿈치(Heel)가 지면과 닿을 때와 닿지 않을 때, 앞꿈치(Toe)가 지면과 닿을 때와 닿지 않을 때의 근전도 신호를 추출하여 훈련데이터로 사용한다.The acquired data is supervised classification method. EMG signals are extracted and used as training data when the heel touches the ground and when it does not touch, when the toe touches the ground, and when it does not touch.
감독분류(Supervised) 방식은 훈련 또는 실험과정에서 정확한 결과를 얻기 위하여 실험자 또는 트레이너가 해당하는 보행동작을 직접 추출하여 훈련 또는 분류기에 입력시키는 방식이다. 즉, 취득한 초기 입각기(Initial stance)에 대하여 트레이닝을 수행한다고 하면 압력센서를 이용하여 초기 입각기(Initial stance)에 해당하는 EMG신호를 직접 추출한 후 이를 훈련시킨다. 분류도 동일한 방법으로 추출한뒤 분류기에 입력한 후 결과가 초기 입각기(Initial stance)로 나오는지 확인하는 것이다.Supervised method is a method in which an experimenter or a trainer directly extracts a corresponding gait operation and inputs it to a training or classifier in order to obtain accurate results in a training or an experiment. That is, if training is performed on the acquired initial stance, the EMG signal corresponding to the initial stance is directly extracted using a pressure sensor, and then the EMG signal is trained. The classification is also extracted in the same way and input to the classifier to check whether the result is the initial stance.
두 번째 단계(S12)는 특징 값 추출 단계로 입력 데이터에 대하여 채널별로 특징 값을 추출한다. 본 발명에서는 특징 추출 알고리즘으로 VAR(variance of EMG), WL(waveform length), RMS(root mean square), MAV(mean absolutue), ZC(zero crossing) 총 6개가 사용됐다.In the second step S12, the feature value extraction step extracts feature values for each input data channel. In the present invention, a total of six feature extraction algorithms were used: VAR (variance of EMG), waveform length (WL), root mean square (RMS), mean absolute value (MAV) and zero crossing.
특징 추출 알고리즘을 사용하여 EMG 신호에서 특징 값으로 바뀐 데이터는 재조합을 통해 1차원 데이터로 변환하게 된다[비특허문헌 5]. 즉, N개의 채널로 측정된 N차원의 데이터는 N×6 개의 특징 값으로 구성된 데이터로 변환되게 된다.Data which is changed from EMG signal to feature value by using the feature extraction algorithm is converted into one-dimensional data through recombination [Non-Patent Document 5]. That is, N-dimensional data measured with N channels are converted into data composed of N x 6 characteristic values.
마지막 세 번째 단계(S13)는 뒷꿈치(Heel) 분류기와 앞꿈치(Toe) 분류기를 생성하는 단계이다. 각각의 분류기는 각 부위가 지면에서 닿을 때와 떨어질 때를 분류하게 된다.The final third step (S13) is to create a heel classifier and a toe classifier. Each classifier classifies when each part touches the ground and when it falls.
분류기는 각 근육에서 발생한 EMG 신호를 특징추출을 이용하여 산출된 값을 입력받는다. 분류기는 LDA(linear discriminant analysis)를 이용하여 분류한다. 이것은 선형 판별 분석으로 트레이닝 데이터와 입력받은 특징 값들을 비교하여 분류한다. 즉 분류기는 입력된 EMG신호를 이용하여 보행단계를 판단한다. EMG신호 입력받고, 특징을 추출하여, 이를 분류기에 입력하면, 보행단계 결과를 획득할 수 있다.The classifier receives the EMG signal generated from each muscle using the feature extraction. Classifiers are classified using LDA (linear discriminant analysis). This is a linear discriminant analysis to compare training data and input feature values. That is, the classifier determines the walking phase using the input EMG signal. When the EMG signal is received, the feature is extracted, and the EMG signal is input to the classifier, the result of the gait step can be obtained.
뒷꿈치(Heal) 분류기는 뒷꿈치가 지면에 닿았을 때를 1, 떨어졌을 때는 0으로 분류한다. 앞꿈치(toe) 분류기는 앞꿈치가 지면에 닿는지 여부를 분류하는 것으로서, 뒷꿈치(Heal) 분류기와 내용은 동일하다. 분류기 그룹은 뒷꿈치(Heal) 분류기와 앞꿈치(toe) 분류기를 묶은 것을 말한다. 즉, 특징 값을 입력하면 뒷꿈치(Heal) 분류기에서 결과를 얻고, 앞꿈치(toe) 분류기에서 결과를 얻는다. 따라서 2개의 분류기를 이용하기 때문에 분류기 그룹이라 부르기로 한다.
The Heal classifier classifies the heel as 1 when it touches the ground and 0 as it falls. The toe sorter classifies whether or not the forefoot is touching the ground, and the contents are the same as the heal sorter. A classifier group is a bundle of heal classifiers and toe classifiers. That is, when the feature value is input, the result is obtained from the heal classifier, and the result is obtained from the toe classifier. Therefore, it is called a classifier group because it uses two classifiers.
다음으로, 동작 식별 단계(S20)를 설명한다.Next, the operation identifying step S20 will be described.
동작 식별 단계의 첫 번째 단계(S21)는 EMG 신호를 추출하는 단계로 실시간으로 입력되는 EMG 신호를 사전에 정의한 윈도우 사이즈만큼 추출하게 된다.The first step S21 of the operation identifying step extracts an EMG signal inputted in real time by a window size defined in advance, in order to extract an EMG signal.
윈도우 사이즈 만큼 추출한다는 것은 실시간으로 입력되고 있는 EMG신호를 윈도우 사이즈 만큼 추출하여 특징 데이터를 만들고 이를 이용하여 분류를 수행하는 것이다. 예를들어, 윈도우 사이즈가 500ms이고 1초에 1000개(1Khz)의 데이터가 입력된다고 하면, 1 스텝에서 윈도우 사이즈인 500개 1~500까지 추출한 후 특징추출 및 분류를 수행한다. 그 후 2 스텝(Step)에서는 1ms를 이동하여 2~501까지 EMG신호를 추출하고 특징 추출 및 분류를 수행한다. 이렇게 지속적으로 반복한다.The extraction of the window size is performed by extracting EMG signals input in real time as much as the window size, creating characteristic data, and performing classification using the extracted EMG signals. For example, assuming that a window size is 500 ms and 1000 pieces (1 KHz) of data are input per second, 500 to 500 window sizes are extracted in one step, and then feature extraction and classification are performed. Then, in 2 steps, the EMG signal is extracted from 2 to 501 by 1 ms, and feature extraction and classification are performed. Repeat this way continuously.
두 번째 단계(S22)는 특징 값 추출로 훈련데이터 생성단계와 동일하게 진행된다.The second step S22 proceeds in the same manner as the training data generation step by the feature value extraction.
세 번째 단계(S23)는 보행 식별 단계로 앞서의 단계(S22)를 통해 얻은 특징 값을 2개의 분류기에 입력하여 결과를 출력한다.In the third step S23, the feature value obtained through the preceding step S22 is inputted to the two classifiers to output the result.
마지막 단계(S24)로서, 두 개의 분류기로부터 얻은 데이터는 마지막으로 도 6의 분류 매트릭스(Classification Matrix)를 통해 최종적으로 보행동작을 식별되게 된다.As the last step (S24), the data obtained from the two classifiers are finally finally identified through the Classification Matrix of FIG. 6 to the gait operation.
도 4는 추출된 분류기 값을 이용하여 보행 식별을 하는 방법이며, 도 4의 최상단 박스는 보행동작에 대한 EMG 신호이다.
FIG. 4 shows a method of identifying the walking using the extracted classifier value, and the uppermost box in FIG. 4 is the EMG signal for the walking operation.
다음으로, 실험을 통한 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다.Next, the effects of the present invention through experiments will be described in detail.
먼저, 본 발명의 효과를 위한 실험환경 및 방법을 설명한다.First, the experimental environment and method for the effect of the present invention will be described.
실험에는 BioPAC사의 MP150과 BM-EMG2 모델이 사용되었다. 분석 프로그램은 Matlab 2013을 이용하여 개발되었다. 데이터는 4채널(Rectus femoris, Vastus lateralis, Vastus medialis, Semitendinosus)의 EMG 신호와 압력센서(Pressure sensor) 2개(Heel, Toe)가 취득되었고 부착위치는 도 7과 같다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 EMG 신호 센싱 전극의 부착 위치를 도시한 도면이다.BioPAC's MP150 and BM-EMG2 models were used for the experiments. The analysis program was developed using Matlab 2013. The EMG signals of the 4 channels (Rectus femoris, Vastus lateralis, Vastus medialis, Semitendinosus) and 2 pressure sensors (Heel, Toe) were obtained and the attachment positions are shown in FIG. 7 is a view showing an attachment position of an EMG signal sensing electrode according to an embodiment of the present invention.
실험에는 총 3명의 피험자가 참여했고, 훈련데이터와 입력데이터를 취득하기 위해 피험자 당 각각 50걸음의 평지 보행 동작을 반복하였다. 보행단계 인식기의 정확도는 식 1을 이용하여 계산되었다.A total of three subjects participated in the experiment, and each participant repeated a 50-step flat gait operation to obtain training data and input data. The accuracy of the gait recognizer was calculated using Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
실험에는 두 가지 다른 방식인 감독 분류 방식과 실시간 분류 방식으로 입력데이터를 추출하였다. 감독분류 방식은 압력센서(Pressure sensor)를 이용해 보행 단계별 해당하는 신호를 추출하는 것이고, 실시간 분류 방식은 계속 신호를 입력받으면서 사전에 정의한 윈도우 사이즈에 따라 이동하며 연속적으로 입력데이터를 추출하는 방식이다.In the experiment, input data was extracted by two different methods, supervised classification method and real - time classification method. The supervisory classification method extracts signals corresponding to the gait steps using a pressure sensor. The real-time classification method continuously extracts input data while moving according to a predefined window size while receiving a signal.
보다 구체적으로, 감독분류 방식은 측정된 데이터를 이용한 방법(오프라인)으로 정확한 데이터를 추출한 후 그에 맞는 결과가 나오는 것을 확인한다. 이 때 윈도우 사이즈는 의미가 없고, 그에 해당하는 EMG신호를 추출한 뒤 특징값을 만들고, 이를 분류기에 넣어 결과를 보는 것이다. 즉 측정한 EMG신호 중 초기 입각기(Initial stance)에 해당하는 부분을 추출하고, 이를 분류기에 넣어 초기 입각기(Initial stance)라는 결과가 나오는 것을 확인한다.More specifically, the supervisory classification method extracts accurate data using the measured data (offline), and confirms that the results are appropriate. In this case, the window size is meaningless, and the corresponding EMG signal is extracted, and the characteristic value is created, and the result is put into the classifier. That is, the part corresponding to the initial stance of the measured EMG signal is extracted and inserted into the classifier to confirm that the result of initial stance is obtained.
실시간 분류 방식은 감독분류 방식인 오프라인이 아닌 실시간으로 EMG신호를 입력(온라인 방식) 받을 때 보행단계가 제대로 분류되는지 확인하는 방식이다. 즉 1Khz로 EMG신호를 입력받는다고 한다면, 초당 EMG신호를 1000개씩 입력되게 됩니다. 이때 1000개의 데이터에는 1~4단계 이상의 보행단계가 포함되어 있기 때문에 윈도우 사이즈를 이용하여 잘라서 입력받아야 한다. 따라서 사정에 설정해둔 윈도우 사이즈만큼 입력된 윈도우 사이즈를 추출하여 특징값을 구하고 분류를 수행한다. 이때 분류는 앞에서 설명한것과 같이 500ms라면 1 스텝(step)은 1~500에 해당하는 결과를, 2 스텝(step)은 2~501, 3 스텝(step)은 3~502에 해당하는 결과를 구하게 된다.
The real-time classification method is a method of confirming whether the walking step is properly classified when the EMG signal is inputted (on-line method) in real time, not in the supervision classification offline mode. That is, if EMG signal is input at 1KHz, 1000 EMG signals per second will be input. At this time, since 1000 data includes 1 to 4 steps of walking, it is necessary to cut and input using window size. Accordingly, the input window size is extracted as much as the window size set for the condition, and the feature value is obtained and classified. At this time, as described above, if the classification is 500 ms, one step is equivalent to 1 to 500, 2 steps are 2 to 501, and 3 steps are 3 to 502 .
상기와 같은 실험환경 및 방법에 의한 실험 결과를 설명한다.Experimental results by the above-described experimental environment and method will be described.
실시간 분류 시 뒷꿈치(Heel) 분류기와 앞꿈치(Toe) 분류기의 최적화된 윈도우크기를 결정하는 실험을 진행했다. 인식기 학습에는 150개의 훈련데이터가 사용되었고, 도 8은 뒷꿈치(Heel)의 윈도우 크기에 따른 정확도이며, 도 9는 앞꿈치(Toe)의 윈도우 크기에 따른 정확도이다. Experiments were conducted to determine the optimal window size for the Heel classifier and the Toe classifier during real-time classification. FIG. 8 shows the accuracy according to the window size of the heel, and FIG. 9 shows the accuracy according to the window size of the toe.
뒷꿈치(Heel)과 앞꿈치(Toe) 모두 분류기에 상관없이 압력센서(Pressure sensor)를 통해 얻은 보행 단계의 평균값이 최적의 윈도우 사이즈로 추출되었다. 따라서 윈도우 사이즈는 뒷꿈치(Heel)는 502ms 이며, 앞꿈치(Toe)는 927ms로 결정하였다. 다음은 뒷꿈치(Heel)와 앞꿈치(Toe)에 대하여 감독(Supervisor) 방식과 실시간(Realtime) 방식의 분류기별 정확도를 비교하였다. 도 10은 그에 대한 실험 결과이다.The mean value of the gait step obtained from the pressure sensor was extracted as the optimum window size regardless of the classifier in both the heel and the toe. Thus, the window size was 502 ms for the heel and the toe was 927 ms. Next, we compare the accuracy of supervisor type and realtime type classifier for heel and toe. Fig. 10 shows the experimental results thereof.
윈도우 사이즈는 앞에서 설명한 바와 같이, 실시간 분류 방식에서, 실시간으로 입력되는 EMG신호에 대하여 보행단계를 구분하기 위한 것이다. 즉, 윈도우 사이즈는 특정 구간만큼 추출하여 보행단계를 분류하기 위하여 결정하는 추출 영역을 말한다.As described above, the window size is for distinguishing a walking step from an EMG signal input in real time in a real-time classification method. That is, the window size refers to an extraction area that is determined to classify a walking step by extracting a specific section.
한편, 트레이닝 데이터를 생성할 때, 해당하는 영역만큼 추출하여 특징값을 만드는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 트레이닝 과정 중에 1번째 걸음 입각기(stance)는 250ms, 2번째 걸음 입각기(stance)는 300ms, 3번째 걸음 입각기(stance)는 350ms만큼 추출하여 데이터를 만든다. 이렇게 윈도우의 사이즈가 다르게 추출되는 이유는 보행단계 별로 사람별로 보행의 크기가 다르기 때문이다.On the other hand, when the training data is generated, it is known that the feature value is extracted by extracting the corresponding region. In other words, during the training process, the first stance is extracted by 250 ms, the second stance is extracted by 300 ms, and the third stance is extracted by 350 ms. The reason why the size of the window is extracted differently is that the size of the walking is different for each person in the walking step.
각 보행동작은 보행단계에 따라 순차적으로 진행한다. 예를 들어, 보행은 1->2->3->4->1->2->3->4와 같이 순차적으로 진행된다. 즉, 1번 동작이 3번으로 갑자기 뛰는 경우가 없다. 따라서 이전 보행에서 초기 접촉기(Initial Contact)라는 것이 결정되면 다음은 중간 입각기(Mid stance)가 된다. 도 2에 있는 내용은 이전에 초기 접촉기(Initial Contact)라면, 현재는 중간 입각기(Mid stance)라는 것을 의미한다. 따라서 보행단계에 따라 해당되는 보행동작의 윈도우 사이즈를 선택하여 사용한다.Each of the walking motions progresses sequentially in accordance with the walking step. For example, the walking progresses sequentially, such as 1-> 2-> 3-> 4-> 1-> 2-> 3-> 4. That is, there is no case in which the
한편, 사람이 고정적으로 보행을 수행한다면 윈도우 사이즈는 무의미하다. 하지만 사람은 일반 보행시 1.1~1.4s 내의 영역으로 보행을 한다. 따라서 트레이닝을 20번 수행했다면 입각기(stance)에 해당하는 평균과 유각기(swing)에 해당하는 평균을 윈도우 사이즈로 결정할 시 보행 영역이 균등하게 손실되거나 더 들어가기 때문에 전체적으로 균등한 정확도를 보일 수 있다. 즉 사람이 로봇처럼 고정적으로 이동하는 것이 아니다. 따라서 실시간으로 EMG신호를 입력받을 때 현재의 보행단계를 알 수 없다. 따라서 평균을 내어 윈도우 사이즈를 결정한다. 현재 보행단계는 분류기에 넣은 결과로 알 수 있다. 즉, 마지막에 알 수 있다.
On the other hand, if a person performs a fixed walk, the window size is meaningless. However, people walk to areas within 1.1 ~ 1.4s of normal walking. Therefore, if the training is performed 20 times, if the average corresponding to the stance and the average corresponding to the swing are determined as the window size, the walking area may be equally lost or even more, . That is, it is not that a person moves fixedly like a robot. Therefore, when the EMG signal is inputted in real time, the present walking step can not be known. Therefore, the window size is determined by averaging. The current walking phase is known as the result of putting in the classifier. That is, it can be known at the end.
감독(Supervisor) 방식은 전체적으로 실시간(Real Time) 방식보다 정확도가 약 13% 높게 나왔다. 뒷꿈치(Heel)와 앞꿈치(Toe)의 정확도는 분류기와 상관없이 뒷꿈치(Heel)가 약 6% 높은 정확도를 보였다. 전체적으로 SVM이 LDA보다 높은 정확도를 보였다. SVM_Toe가 감독(Supervisor) 방식일 때 94%, 실시간(Real Time) 일 때 79%를 보이면서 가장 높은 정확도를 보였다.The supervisor method has a 13% higher accuracy than the real time method as a whole. The accuracy of the heel and the toe was about 6% higher than that of the heel regardless of the classifier. Overall SVM showed higher accuracy than LDA. SVM_Toe showed the highest accuracy with 94% when Supervisor and 79% when Real Time.
다음은 실시간(Real Time) 방식으로 보행단계를 분류하는 실험을 진행했다. 도 11은 그에 대한 결과이다.
Next, we conducted experiments to classify walking steps in real time. 11 shows the result thereof.
본 발명에서는 신체의 EMG 신호 기반으로 2단계의 분류기와 분류 매트릭스(Classification Matrix)를 이용하여 보행단계를 4단계로 분류하는 방법을 설명하였다. 실험결과 실시간 분류시 보행단계의 평균 시간을 윈도우 사이즈로 하는 것이 가장 높은 정확도를 보였다. 따라서 본 발명에 의하면, EMG 신호만으로 보행단계를 분류할 수 있다.
In the present invention, a method of classifying the gait steps into four levels using a two-level classifier and a classification matrix based on EMG signals of the body has been described. Experimental results showed that the average time of the walking step was the window size for the real - time classification. Therefore, according to the present invention, it is possible to classify the walking step only by the EMG signal.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.The invention made by the present inventors has been described concretely with reference to the embodiments. However, it is needless to say that the present invention is not limited to the embodiments, and that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
10 : EMG 신호 12 : 보행 압력 신호
20 : 컴퓨터 단말 30 : 보행단계 인식 장치10: EMG signal 12: Walking pressure signal
20: computer terminal 30: walking step recognition device
Claims (9)
(a) 다수 채널의 EMG 신호의 트레이닝 데이터를 입력받아, 상기 EMG 신호를 분류하는 분류기를 생성하는 단계;
(b) 상기 분류기로 보행동작을 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
A multi-gait step recognition method using a surface EMG signal-based boost classifier and a classification matrix,
(a) receiving a training data of an EMG signal of a plurality of channels and generating a classifier for classifying the EMG signal;
(b) recognizing the walking operation with the classifier, the multi-step walking step recognition method using the surface EMG signal based boost classifier and the classification matrix.
(a1) 보행동작 데이터와, 상기 보행동작에 대한 N개(N은 2이상의 자연수) 채널의 EMG 신호의 트레이닝 데이터를 획득하는 단계;
(a2) 상기 트레이닝 데이터에 대하여 채널별로 M개(M은 2이상의 자연수)의 특징추출 알고리즘에 의하여 각각 특징값을 추출하여, N×M 차원의 트레이닝 특징 벡터를 구하는 단계; 및,
(a3) 상기 트레이닝 특징 벡터들을 이용하여, 상기 트레이닝 특징 벡터를 입력값으로 하고 상기 보행동작을 출력값으로 하는 분류기를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
The method of claim 1, wherein the step (a)
(a1) obtaining walking data for walking, and training data for N (N is a natural number of 2 or more) channels of EMG signals for the walking operation;
(a2) extracting characteristic values by M feature extraction algorithms for each channel (M is a natural number equal to or greater than 2) for each training data to obtain N × M training characteristic vectors; And
(a3) generating a classifier that uses the training feature vector as an input value and the walking operation as an output value using the training feature vectors, and generates a classifier based on the surface EMG signal-based boost classifier and the classification matrix Multiple walking step recognition method.
(b1) 실시간으로 상기 N개 채널의 실제 보행의 EMG 신호를 수신하여, 사전에 정해진 윈도우 사이즈의 EMG 신호 데이터를 추출하는 단계;
(b2) 상기 실제 보행의 EMG 신호 데이터에 대하여 채널별로 상기 M개의 특징추출 알고리즘에 의하여 각각 특징값을 추출하여, N×M 차원의 실제 보행의 특징 벡터를 구하는 단계; 및,
(b3) 상기 실제 보행의 특징 벡터를 입력으로 하여, 상기 분류기를 통해 상기 실제 보행의 보행동작을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
3. The method of claim 2, wherein step (b)
(b1) receiving an EMG signal of the actual walking of the N channels in real time and extracting EMG signal data of a predetermined window size;
(b2) extracting characteristic values of the actual walking data by the M feature extraction algorithms for each channel with respect to the EMG signal data of the actual walking data to obtain characteristic vectors of the N * M dimensional actual walking data; And
(b3) inputting the feature vector of the actual gait, and identifying the gait of the actual gait through the classifier, wherein the step of recognizing the gait of the actual gait includes the step of recognizing the gait step based on the surface EMG signal- Way.
상기 보행동작은 온/오프의 앞꿈치 동작과 온/오프의 뒷꿈치 동작으로 구성되고, 상기 분류기는 앞꿈치 동작을 분류하는 앞꿈치 분류기와, 뒷꿈치 동작을 분류하는 뒷꿈치 분류기로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
The method of claim 3,
Wherein the walking operation is constituted by on / off heel operation and on / off heel operation, and the classifier comprises a heel classifier for classifying the forefoot operation and a heel classifier for classifying the heel operation. Based Boost Classifier and Multiple Gait Step Recognition Method Using Classification Matrix.
상기 (b3)단계에서, 앞꿈치 동작의 온/오프와, 뒷꿈치 동작의 온/오프에 의하여 4개의 보행동작을 나타내는 분류 매트릭스를 구성하여, 상기 앞꿈치 분류기와 상기 뒷꿈치 분류기의 결과를 상기 분류 매트릭스를 통해 보행동작을 식별하는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
5. The method of claim 4,
In the step (b3), a classification matrix indicating four walking motions is formed by on / off of the forefoot operation and on / off of the heel action, and the results of the forefoot classifier and the heel classifier are transmitted through the classification matrix And identifying a gait operation based on the surface EMG signal.
상기 (a1)단계에서, 상기 보행동작 데이터는 압력센서를 통해 획득하고, 상기 압력센서에 의해 추출되는 앞꿈치 동작 및 뒷꿈치 동작 각각에 대하여 동작 간의 시간을 평균하여 윈도우 사이즈를 추출하되, 상기 앞꿈치 분류기와 상기 뒷꿈치 분류기의 윈도우 사이즈를 서로 독립하여 구하는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the walking motion data is acquired through a pressure sensor and a window size is extracted by averaging the time between motions for each of the forefoot motion and the heel motion extracted by the pressure sensor, Wherein the window size of the heel classifier is obtained independently of each other.
상기 (a1)단계에서, 상기 4개의 보행동작 별로 윈도우 사이즈를 독립적으로 구하는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
6. The method of claim 5,
The method of claim 1, wherein in step (a1), a window size is independently calculated for each of the four walking motions, and a multiple walking step recognition method using a classifier matrix and a surface EMG signal based boost classifier.
상기 (b1)단계에서, 순차적으로 진행하는 보행단계에 따라 해당 보행동작의 윈도우 사이즈를 사용하는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the window size of the walking movement is used according to a walking step that is sequentially performed in the step (b1), wherein the multi-step walking step recognition method uses the surface EMG signal based boost classifier and the classification matrix.
상기 보행단계는 입각기(Stance)의 3단계 및 유각기(Swing) 1단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면근전도 신호기반 부스트 분류기와 분류 매트릭스를 사용한 다중 보행단계 인식 방법.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the gait step comprises three steps of stance and one step of swing. The multi-gait step recognition method using the superfluous classifier based on the surface EMG signal and the classification matrix.
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