For lower arm amputees, robotic prosthetic hands offer the promise to regain the capability to perform fine object manipulation in activities of daily living. Current control methods based on physiological signals such as EEG and EMG are prone to poor inference outcomes due to motion artifacts, variability of skin electrode junction impedance over time, muscle fatigue, and other factors. Visual evidence is also susceptible to its own artifacts, most often due to object occlusion, lighting changes, variable shapes of objects depending on view-angle, among other factors. Multimodal evidence fusion using physiological and vision sensor measurements is a natural approach due to the complementary strengths of these modalities. In this paper, we present a Bayesian evidence fusion framework for grasp intent inference using eye-view video, gaze, and EMG from the forearm processed by neural network models. We analyze individual and fused performance as a function of time as the hand approaches the object to grasp it. For this purpose, we have also developed novel data processing and augmentation techniques to train neural network components. Our experimental data analyses demonstrate that EMG and visual evidence show complementary strengths, and as a consequence, fusion of multimodal evidence can outperform each individual evidence modality at any given time. Specifically, results indicate that, on average, fusion improves the instantaneous upcoming grasp type classification accuracy while in the reaching phase by 13.66% and 14.8%, relative to EMG and visual evidence individually. An overall fusion accuracy of 95.3% among 13 labels (compared to a chance level of 7.7%) is achieved, and more detailed analysis indicate that the correct grasp is inferred sufficiently early and with high confidence compared to the top contender, in order to allow successful robot actuation to close the loop.


翻译:对于低臂截肢者来说,机器人假肢手提供了重新获得能力在日常生活活动中进行精细物体操纵的能力的希望。基于诸如EEG和EMG等生理信号的现有控制方法容易因运动装置、皮肤电极交接时间阻力的变化性、肌肉疲劳等因素而导致低推推力结果。视觉证据也易受其自身工艺品的伤害,其中多数是由于物体的隔离、照明变化、视角角物体的变形等因素。使用生理和视觉传感器测量的多模式证据结合是一种自然方法。由于这些方法具有互补性,因此这是一种自然方法。在本文件中,我们展示了一种巴耶证据混合框架,以便利用视觉视频、凝视和神经网络模型所处理的前导力推断意图。我们分析个人和组合性功能的功能是时间的函数,因为手接近目标来抓住它。为此目的,我们还开发了新式数据处理和增强技术来培训神经网络组件。我们的实验数据分析表明,EMG和视觉证据表明了近似的精确性力量,而结果显示的是直径直径为直径的直径直径的直径直径、直径直径直判,而摩地显示,而正判的摩地显示,而机型证据在直径直径直判的模型中,而以直判的摩地显示,而使每个的精确的精确的模型的推地显示了直径直径直判。

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