T E L KO M NIK A , V ol . 17 ,  No. 6,  Dec em be r   20 1 9,  p p.2 99 2~ 3 00 2   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 ,  accr ed ited   F irst  Gr ad e b y K em en r istekdikti,  Decr ee  No:  21 /E / K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 6 . 11670   ◼    29 92       Rec ei v ed   Nov e mb er  2 , 2 01 8 ; Rev i s e d  J un e 9 ,  20 1 9 ;  A c c ep ted   J u l y  2 , 2 01 9   Embe dd e d  s y s t em   f or   up per - li mb  ex oskel eto n     based  on   electr om y o gra ph y   c o nt rol       T r i w iy ant o  T r iw iy ant o * 1 ,  I  P u t u   A l it  P aw ana 2 , Bamb ang  G u r u h  Ir i ant o 3 ,    T r i Bow o  Ind r ato 4 , I  Dew a Ged e Ha r i W is ana 5   1 ,3 ,4 ,5 Dep a rtm e n t  o f  El e c tr o m e d i c a l  En g i n e e ri n g ,     Po l te k k e s  K e m e n k e s   Su ra b a y a ,  10  P u c a n g   J a j a r T i m u r ,  S u r a b a y a ,   J a w a  T i m u r ,   In d o n e s i a   2 Ph y s i c a l  M e d i c i n e  a n d  Re h a b i l i ta ti o n  De p a r tm e n t  Sc h o o l  o f  M e d i c i n e ,    Uni v e rs i t a s  A i rl a n g g a - Dr. S o e t o m o  Gen e ra l  Ac a d e m i c  H o s p i t a l ,   Su r a b a y a ,  J a w a  T i m u r ,  In d o n e s i a   *C o rre s p o n d i n g  a u th o r:  t ri w i y a n to 1 2 3 @gm a i l . c o m       Ab strac t   A  m a j o r  p ro b l e m   i n   a n   e x o s k e l e to n   b a s e d   o n   e l e c tr o m y o g ra p h y   (EM G )  c o n tro l   wi th   p a tt e rn   re c o g n i ti o n - b a s e d   i s   th e   n e e d   fo r  m o re   t i m e   to   tra i n   a n d   to   c a l i b ra te   th e   s y s t e m   i n   o rd e r  a b l e   to   a d a p t   fo r   d i ff e r e n t  s u b j e c ts   a n d   v a r i a b l e .  Unf o rtu n a t e l y ,  th e   i m p l e m e n t a ti o n   o f  th e   j o i n t  p r e d i c ti o n   o n   a n   e m b e d d e d   s y s te m   fo r  th e   e x o s k e l e t o n   b a s e d   o n   th e   EM G   c o n tro l   wit h   n o n - p a tt e rn   r e c o g n i t i o n - b a s e d   i s   v e ry   ra r e .   Th e re f o re ,  t h i s   s t u d y   p re s e n t s   a n   i m p l e m e n ta t i o n   o f  e l b o w - j o i n t  a n g l e   p r e d i c ti o n   o n   a n   e m b e d d e d   s y s te m   to  c o n t ro l  a n   u p p e r  l i m b  e x o s k e l e to n  b a s e d  o n  t h e   EM G   s i g n a l .  Th e  a r c h i te c tu re  o f  th e  s y s t e m  c o n s i s te d  o f   a   b i o - a m p l i fi e r,   a n   e m b e d d e d   AR M ST M 3 2 F4 2 9   m i c r o c o n tro l l e r,  a n d   a n   e x o s k e l e to n   u n i t  d r i v e n   b y   a   s e rv o   m o to r.  Th e   e l b o w  j o i n t  a n g l e   was   p re d i c t e d   b a s e d   o n   th e   E M G   s i g n a l   th a t  i s   g e n e r a t e d   fro m   b i c e p s .     Th e   p r e d i c te d   a n g l e   w a s   o b ta i n e d   b y   e x tra c ti n g   t h e   EM G   s i g n a l   u s i n g   a   z e ro - c ro s s i n g   fe a t u re   a n d   fi l te r i n g   th e   EM G   fe a tu re   u s i n g   a   B u tt e rwort h   l o w  p a s s   f i l te r .  T h i s   s t u d y   fo u n d   t h a t   th e   ra n g e   o f  ro o t  m e a n   s q u a r e   er ro r  a n d   c o rre l a ti o n   c o e ff i c i e n ts   a re   8 ° - 1 6 °  a n d   0 .9 4 - 0 .9 9 ,  re s p e c ti v e l y   whi c h   s u g g e s t  th a t  th e   p re d i c t e d   a n g l e   i s   c l o s e   to   t h e   d e s i re d   a n g l e   a n d   th e re   i s   a   h i g h   r e l a ti o n s h i p   b e twe e n   th e   p r e d i c te d   a n g l e   a n d     th e  d e s i r e d  a n g l e .     Key w ords :  e l e c tr o m y o g r a p h y ,  e m b e d d e d  s y s t e m ,  e x o s k e l e t o n ,  fe a tu re  e x t ra c t i o n ,  z e ro  c ro s s i n g     Copy righ t  ©  2 0 1 9  Uni v e rsi t a s  Ahm a d  D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   E l ec tr om y og r a ph y   ( E MG )   s i gn al   i s   w i de l y   us e d  i n  t he   de v el op m en t  of   de v i c es   ba s ed   on   E MG   c o ntro l   s uc h   as   ex os k el eto ns ,  pros the t i c s ,  a nd   t el e op era ti o n.   A n   ex os k el et on   c a n   be   us ed   as   an   as s i s ti v e   or  r eh a bi l i t ati v e   de v i c e   to   h el p  h um an s   to  ha v e  a  be tt er  l i f e  [1 – 4] .   T he   d ev i c es   ba s ed   o n  E MG   c on tr ol   are   c l as s i f i ed   i n to  t w o  c a teg o r i es :  pa tt ern  r ec og n i t i on   an d  no n - p att ern  r ec og ni t i o n  b as ed   [ 1] .  I n   the   f i r s t  c ate g or y ,   the   c on tr ol   s i g na l   i s   d i s c r i m i na ted   b as ed   on     the   p att erns   t ha t  ha d   be en   tr ai n ed   t o  th e  c l as s i f i er.  I n   the   s ec o nd   c at eg or y ,  th e  c on tr ol   s i gn al     i s   di r ec t l y   ba s e d  o n  am pl i t ud e   of   the   s i gn a l   b y   hu m an   i n ten t i o n.  I n  th e  no n - pa t t ern  r ec og n i t i on   m eth od ,  c o m m on l y ,  the   s i gn al   i s   pre - proc es s ed   us i ng   ti m e - do m ai n  f ea ture  ex tr ac ti o n    an d  po s t - proc es s ed   us i n g   a  d i g i ta l   f i l t er   [5] .   P r e v i ou s   s tud i es   wer e  m ore  c on c erned  i n  de v el op i ng   j o i nt  an g l e  p r ed i c ti on   b y   ex pl or i ng   th e  f ea ture s   ex tr ac ti on ,  a nd   m od i f y i ng     the   c l as s i f i er  [6 – 9] .  Cur r e ntl y ,  s om e  s tud i es   pref err ed   us i ng   a   s tan d ard  c om pu ter  t o  c on tr o l     a n  ex os k el eto n  b as ed   on   the   E MG   s i g na l .  Unf ortu na te l y ,  r es e arc he r s   r arel y   i m pl e m en ted     a  j oi nt - an gl e  pred i c ti o n  al go r i thm ,  ba s ed   on   p att er n   r ec og ni t i on   an d  n on - p att ern  r ec og n i ti on   m eth od , i n t he   em be dd ed  s y s t em .    Z ha ng   us ed   a  n eu r a l   m ac hi ne   f or  an   arti f i c i a l   l eg   us i ng   a  f i el d - pro gram m ab l e  ga te   arr a y   ( F P G A )   f or  f as ter  c l as s i f i e r   an d  a  m i c r oc on tr ol l er  u ni t  ( MC U)   f or  an al o g  i nte r f ac e  [10 ,   11] .    T he   pe r f or m an c e  of   the   c l as s i f i er  i s   f as ter   th an   the   i m pl e m en tat i o n  i n  t he   s tan da r d  c om pu ter  wi th  a   h i g h - l e v e l  pr og r am m i ng  l an gu a ge ,  bu t  th e  po wer  c on s um pti on  n ee ds   to  be   m i ni m i z ed   an d   bu i l t  i nto   s m al l   pa c k ag es .  K i m   de v e l op ed   a  f i n ge r - r eh ab i l i t ati on   r o bo t,  a  no n - pa tt ern  r ec og n i ti on   ba s ed ,  us i n g  t w o   di gi t al   s i gn a l   proc es s ors   T MS 32 0F 28 12   f or  hi gh - s p ee d  c o ntr ol   s y s tem   [12] .    In  hi s   s tu d y ,  the   f i n ge r - r e ha b i l i tat i on   r ob ot  m ov e d  ac c ordi ng   to  th e  pa ti e nt’ s   f i ng ers   when     the   E MG   s i g na l   ex c e ed e d   a  pre - de f i n ed   thres h ol d  v ol ta ge .   In   f utu r e   r es ea r c h,   he   s ug ge s ted   tes ti n g  th e  de v el op e d  f i n ge r   r ob ot  t o  r e ha b i l i tat e  a  s tr ok e  pa ti en t ’ s   f i ng ers   an d   p ati en t ’ s   pa r al y z ed   f i ng ers .  Le n z i   de v e l op ed   a  po w er - as s i s ted   up p er  l i m b  ex os k e l eto n  us i ng   a    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0   ◼     E mb ed d ed  s y s tem   for up pe r - l i mb   ex os k el e ton . .. ( T r i wi y an to  T r i wi y a nto )   2993   non - p att ern  r ec og ni t i o n  ba s ed   on   the   E MG   w i t h  a  p r op orti on a l   c on tr o l   [8] .  T hi s   proporti o na l   al g orit hm   i s   proc es s ed   us i n g  i nte grate d  E MG   ( I E MG )   a s   f ea ture  ex tr ac ti on ,  an d  th en   the   f ea ture  was   f i l tere d  us i ng   a  ba n dp as s   f i l ter  ( B P F )   w i th  a  s pe c i f i ed   c ut - of f   f r eq ue nc y .  I n   hi s   s tu d y ,   h e  us ed   a  s tan da r d  c om pu ter  t o  i m pl em en t  the   m eth od .  A l tho u gh   th e  s y s tem   ha s   be e n  r ep orte d   as   a robu s t  an d s tr a i g htf orw ard m eth od , th e a c c urac y   of   the  pre di c t i on   ha s  n ot  b ee n  ev a l u ate d   y e t.    G en eral l y ,  the   pre di c ti on   a l go r i thm   w as   i m pl em en ted   us i ng   a   s of tware  ap p l i c at i o n  s uc h  as   M A T LA B   an d  o the r   v i s ua l   pro gram m i ng   ap p l i c a ti on s   us i ng   a   s tan d ard  pe r s on a l   c om pu ter.    It  w as   r ar e  to   f i nd   i n   th e  l i teratur e   tha t  d i s c us s ed   th e   i m pl em en tat i o n  of   th e  e l b o w - j oi nt   an gl e   predi c t i on   on   a n  em be dd e d  s y s tem .  T he r ef ore,  i t  i s   ne c es s ar y   t o  i m pl em en t  the   j oi nt  an g l e   predi c t i on   al g orit hm   i n  the   em be dd ed   s y s tem   to  r e du c e  the   s i z e  of   the   s y s t e m ,   to  m i ni m i z e    the   po wer   c on s um pti on   a nd   to  ac h i e v e  a  r ea l - ti m e  s y s tem .  T hi s   s tud y   pres e nts   a  r ea l - ti m e   m y o el ec tr i c   c on tr ol   wi th   a   no n - p att ern   r ec og ni t i o n  m eth od   f or  an   u pp er   l i m b   ex o s k el eto n   us i ng     a  l o w - c os t   em be dd ed   m i c r oc on tr ol l er   A RM S T M3 2F4 29 .  T hi s   m i c r oc on tr ol l er  h as   l o w   p o w er  c on s um pti on   a nd   a  h i g h - s pe ed   c l oc k   proc es s or.  T he   c on tr i bu ti o n  of   thi s   s tud y   i s   t ha t    the   al g orit hm   i m pl em en ted   i n   the   m i c r oc on tr ol l er  s y s t em   c an   ad ap t   to   s om e  v ar i ab l e  s uc h   as   ne w   s ub j ec t   an d   s pe e d  of   m ov e m en t  wi th ou t   a  l ea r n i ng   proc es s .  I n  th i s   prop os ed   m eth od ,  t o  ad ap t  wi th   a   n e w  v aria bl e ,  th e  s y s t em   on l y   ne e ds   an   ad j us tm en t  on   th e  thre s ho l d   v al ue   of     the   f ea t ure  an d  g ai n  i n   th e   bi o - am pl i f i er  m od ul e .  F i na l l y ,   th e  pe r f or m an c e  of   th e  predi c t i on   w as   ev a l u ate d  us i n g roo t m ea n s qu are err or ( RM S E )  an d P ea r s on ’ s   c orr e l at i on  c o ef f i c i en t (r ) .       2.      M ateri al  and  M eth o d   2.1.   S y stem   A r chit ec t u r e   T he   s y s t em   arc hi tec ture   f or  the   ex os k el eto n  b as ed   o n  th e  el ec tr om y og r a ph y   c o ntrol   i s   s ho w n  i n  F i g ure  1.  T he   s y s t em   c on s i s ts   of  f ou r  m od ul e s :  a  bi o - am pl i f i er,  a n  MCU,  a  s erv o  m oto r  driv er  an d  c o ntrol l er,  an d  a n  ex os k el eto n   u ni t   w i t h  on e  de gree   of   f r ee do m   ( DO F ) .  B i o - am pl i f i er  m od ul e:  T he   bi o - am pl i f i er  c on s i s ts   of   an   A D 62 0  pre - am pl i f i er,  ba nd pa s s   f i l ter  ( B P F ) ,  5 0  H z   no tc h   f i l t er, m ai n a m pl i f i er,  an d s um m i ng  am pl i f i er.       0 O 90 O 45 O 145 O P r e - A m p l i f i e r AD 620 B a n d   P a ss   F i l t e r N o t ch   F i l t e r P o st - A m p l i f i e r S u m m i n g   A m p l i f i e r F e a t u r e   E xt r a ct i o n   Z e r o   C r o s s i n g I I R - L o w   P a s s   F i l t e r P u l se   W i d t h   M o d u l a t i o n D u t yC yc l e = f ( ZC _ L P F ) M o d u l e - M C U M o d u l e - B i o a m p l i f i e r M o d u l e - D r i ve r A / D   C o n ve r t e r C o n t r o l l e r D r i ve r 1 2 3 Note :  1 :  Po ten tio mete r 2 .  Se rvo  Mot or 3 .  Electrode E M G       F i gu r e  1.  S y s tem   arc hi tec tu r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
             ◼                IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No .  6,  D ec em be r  20 19 :   29 9 2 - 300 2   2994   W e   us ed   a  po ten t i om ete r   s en s or  to  r e ad   t he   r ea l   po s i t i on   of   the   el b o w   j o i nt .  MCU   m od ul e :  T he   MC U  was   us ed   t o  ac q ui r e   th e  d ata   f r om   the   E MG   an d   th e  p ote nt i om ete r   s en s or.     It  was   al s o  us e d  to  i m pl em en t  the   al go r i thm   of   di gi t al   s i g na l   proc es s i ng   ( D S P ) .  S erv o  m oto r   driv er  m od ul e :  T hi s   m od ul e   was   us ed   to  c on tr o l   w h eth er  the   s erv om oto r   r ota t es   i n  a  c l oc k w i s e   ( C W )   or  c ou nte r c l oc k w i s e   ( CC W )   di r ec ti on   or  n ot.   E x os k el eto n :  t he   ex os k el eto n  c on s i s ts   of   three  a l um i nu m   be a m s .  T he   ex os k el eto n  h as   two  j oi nts ,  the   el b o w ,  a n d  s ho u l de r .  T he   s erv o  m oto r   w as   pl ac ed   i n  th e  el b o w   j oi nt  p os i t i on   f or  on e  D O F  m oti on .  F i g ure  2  ( a)  s ho w s   a  pi c ture  of   a  m an uf ac tured  E MG   a m pl i f i er  an d  A R M  S T M3 2  m i c r oc on tr ol l er  s y s tem .  T he   a m pl i f i er    bo ard  c a n  r ec ei v e   f ou r   E M G   s i gn a l s   an d  on e  a na l og   i np ut   i n  the   r a ng e  of   0 - 3V .  T he   ou tpu ts   of  the   b i o - am pl i f i er  w ere   i n te r f ac ed   to  A /D  ( a na l og   t o  di g i ta l   c on v erter )   of   a  D i s c ov er y   bo ard  A RM S T M3 2F42 9.           ( a)   ( b)     F i gu r e  2.  ( a) T he   m an uf ac ture of   the   bi o - am pl i f i er and   the   i nte r f ac e o f  th e  di s c o v e r y  bo ard  A RM S T M3 2F42 9,  ( b)  T he   pl ac em en t o f  di s p os ab l e e l ec tr od es   ( A g /A gCl )   at  th e b i c ep s  m us c l es       2.2.   E xpe r imen t al  P r o t o col   F ou r   he al t h y   m al e  s u bj ec ts   wer e  i nv ol v e d  i n  thi s   s tud y .  B ef ore  pe r f or m i ng     the   ex pe r i m en t,  s ub j ec t s   w ere  gi v e n  a n  i nf orm   c on s en t  t o  be   r e ad   an d   s i gn ed .   T hi s   ex pe r i m en tal   protoc o l   ha d   be e n  a pp r o v e d  b y   the   E t hi c s   Com m i tte e   of   He al t h  P ol y t ec hn i c   of   S urab a y a ,  M i n i s tr y   of   Hea l th  In do ne s i a .  In  t he   d ata   c ol l ec t i ng   proc es s ,  the   s u bj ec ts   w ere  i n     a  s tan d - up   po s i t i on   an d  h el d  an   ex os k el eto n   f r a m e.  T he   E MG   s i gn a l   was   c ol l ec t ed   f r om   bi c ep s   wi th   a   bi po l ar   c o nf i gu r at i on   us i n g  t wo  di s p os ab l e  el ec tr od es   ( A g/A gCl ,  s i z e:   5 7x 4 8  m m ,  A m bu ,  B l u e  S en s or  R,  M al a y s i a)   an d  on e   el ec tr od e   as   c om m on   ground   ( F i gu r e  2   ( b)) .   T he   el ec t r o de s   pl ac em en t  w as   i n   ac c orda nc e  w i th   S E NIA M  ( S urf ac e  E l ec tr om y og r ap h y   f or  t h e  No n - In v as i v e  A s s es s m en t  of   Mu s c l e)  r ul es   [ 13 ] .  B i c ep s   an d  tr i c ep s   are  r es p on s i bl e   f or   the   f l ex i o n  a nd   ex ten s i o n  m ov em en t  r es pe c ti v el y   as   de s c r i be d  i n  th e  l i terat ure  [ 14 ] .  Ho w e v er,   i n  t he   s a gi t tal   pl a ne   m oti on ,  L en z i   pro v e d  tha t  th e  E MG   s i gn al   g e ne r ate d  f r o m   tr i c ep s   s ho wed  i ns i gn i f i c an t  ac ti v i t i es   [8] .  T he r ef ore,  i n   thi s   w ork ,  the   m ov em en t  of   the   ex os k el eto n  w as   on l y   c on tr ol l ed     b y   bi c ep s .     2.3.   Z er o - c r o s sing  Feat u r e   Z ero  c r os s i ng   c ou nts   a   n um be r   of   the   ti m e  of   th e  s i gn a l s   t ha t   c r os s es   pre - d ef i ne d   thres ho l d a m pl i t ud e . T he   z ero - c r os s i ng  i s  f orm ul ate d  as  s ho w n  i n (1)   [ 15 ] :      = ∑ [ s gn ( . + 1 ) ∩ | . + 1 | ≥ ℎ  ℎ  ] − 1 = 1     s gn ( ) = { 1 ,  → ≥ ℎ  ℎ  0 ,  ℎ                                              ( 1)     where  x i   i nd i c ate s   t he   i - th  E MG   s i gn a l s ,  N   i n di c at es   t he   n um be r   of   s a m pl es   i n   e ac h  s eg m en t,  an d   th e  t hres ho l d   i n di c at es   the   l e v el   of   am pl i tud e.  T he   E MG   s i gn a l s   wer e  ex tr ac ted   f or  ea c h  of   a n um be r  of  th e s am pl e p o i nts  to  g et  a f ea ture  [ 16 ]   as  s ho w n  i n  F i gu r e  3.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0   ◼     E mb ed d ed  s y s tem   for up pe r - l i mb   ex os k el e ton . .. ( T r i wi y an to  T r i wi y a nto )   2995       F i gu r e  3.  T he  proc es s   of  th e f ea ture ex tr ac t i on  of  th e  E MG  s i gn a l s     ( a) r aw   E MG  s i gn al s ,   a   r ed   l i n e i s   a m ea s ured a n gl e  an d a  b l ac k  l i ne  i s  th e  E MG  s i gn a l ,    ( b) EM G  s i gn a l s  are  ex tr ac ted   e v er y  20 0 s am pl e s  or 1 00  m s ec  ( f  sampli n g   =   2 00 0  H z ) , S n   de no t es   the   l en gth   of  th e  wi nd o w ,  a nd   ( c )   T y p i c al  f ea t ures   of  th e E MG  s i gn al s  f or 10 00  m s ec       2.4.   Inf init e I mp u lse   Respo n s e   Inf i ni t e  i m pu l s e  r es po ns e  ( IIR)   i s   a  di gi t al   f i l ter   i m pl em en ted   us i n g  a  progr a m m i ng   l an gu a ge   wi t h  a   p arti c u l ar  al g orit hm .  T he   IIR  i s   a   r ec urs i v e   f i l ter   [1 7] .  I n  t hi s   s t u d y ,   the   IIR   f i l t e r  was   de s i g ne d  as   the   s ec on d - order   l o w - pa s s   B utt er w or th  f i l ter  ( L P F ) .  P r e v i ou s   r es ea r c he r s   us ed   a  d i g i ta l   f i l t er  f or  E MG   s i g na l   proc es s i n g  [ 18 – 20] .   T he   tr a ns f er  f un c ti on   of   the   di gi t al   f i l ter  i s   ex pres s ed  i n (2) . T he  l i ne ar   f un c ti on   i s  s ho w n  i n  ( 3)  [17 ] .     = ( ) ( ) = 0 + 1 − 1 + 2 − 2 + . . . + − 1 + 1 − 1 + 2 − 2 + . . . + −   ( 2 )     [ ] = ∑ [ − ] = 0 − ∑ [ − ] = 1   ( 3 )     where  b k  an d   a k  are th e ( M  + 1) n um erator and   N   de no m i na tor c oe f f i c i en t, res pe c ti v e l y .     2.5.   S y stem  Imp lem ent atio n   T he   pr ed i c t i on   a l g orit hm   o f   the   e l b o w   j o i nt   an gl e  wa s   i m pl em en ted   i n  t he   em be dd e d   s y s t em   A RM  S T M3 2F42 9  m i c r oc on tr ol l er  w i t h  a n  i nt erna l   c l oc k   s pe ed   of   18 0  MH z .    T he   predi c ti o n  al go r i t hm   c on s i s ts   of   the   z ero - c r os s i n g  f ea ture  an d  l o w   p as s   B u tte r w orth  f i l t er.   T he   a l go r i thm   of   the   z ero - c r os s i ng   f ea ture  was   i m pl e m en ted   as   s ho w n   i n  A l g ori thm   1  w h i c h  i s   ac c ordi ng   to   ( 1).   S om e  pa r am ete r s   s uc h  as   a  nu m be r   of   s am pl e  p oi nt  N   a nd   t he   Z C   f ea ture  thres ho l d  ne ed   to  b e  i n i t i a l i z ed   wi th  a  s pe c i f i c   v a l ue .  T he   z ero - c r os s i ng   a l go r i t hm   r ec ei v ed   i np u t  da ta  f r om   the   E MG   s i gn al s   E MG k   an d  r es ul ted   i n  a n  ou tp ut  na m ed   E MG ZC .  T he   ou tpu t  of     the  f ea ture  ex tr ac ti on   was  us ed  as  a n i np u t o f  th e  B u tt erw orth  l o w - p as s  f i l ter.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
             ◼                IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No .  6,  D ec em be r  20 19 :   29 9 2 - 300 2   2996   A l g orit hm  1:  A l g orit hm  of  th e ZC f ea ture     Init:  N  = 200;  threshold  = 0.12 ;  EMG ZC  = 0;    Input:  EMG [k]     Output:  EMG ZC   1.   2.   3.   4.   5.     FOR k → 0 TO  N - 1   DO     sgn  =  EMG [k] *  EMG [k+1]     diff  = ABS ( EMG [k]  -   EMG [k+1])     IF ( sgn >=  threshold   AND  diff   >=  threshold )       THEN  EMG ZC  =  EMG ZC  + 1   End     A l g orit hm  2:  T he  al go r i thm   of  th e  l o w - pa s s  B utt er wor th  f i l ter     Init:  a [1],  a [2],  b [0],  b [1],  b [2]   Input :  EMG ZC   Output:  EMG ZC_LPF   1.   2.   3.   4.   5.   6.   7.   x 0 =  EMG ZC   x 1 =  x 0   x 2 =  x 1     y 1 =  y 0   y 2 =  y 1   y 0 =  b [0] x 0 +  b [1] x 1 +  b [2] x 2  -   a [1] y 1  -   a [2] y 2   EMG ZC_LPF  =  y 0   End     A l g orit hm   2  i s   the   i m pl em e nta t i on   of   the   i nf i n i te  i m pu l s e  r es po ns e  f i l ter  i n  th e  l o w   p as s   B utt e r w orth  f i l ter  b y   ( 3).   T he   c oe f f i c i en ts   of   the   i nf i n i te   i m pu l s e  r es po ns e   f i l ter  we r e  c al c ul ate d  us i ng  a  MA T LA B  pr og r am  ( S tud en t  V ers i on ,  M ath W or k s  In c ., M as s ac hu s ett s , U S A ) . A l go r i thm  2   de s c r i be s   t he   s ec o nd - ord e r   of   a  B utt erw orth   l o w  p as s   f i l ter.  T hi s   al go r i t hm   r ec ei v ed   i np u t  f r o m   the   r es ul t   of   th e  f ea t ure  ex t r ac ti on   E MG Z C  an d   r es u l t ed   i n   ou tpu t   as   E M G Z C_L P F .  T he   ou t pu t  of   the   B utt er wor th  l o w - p as s   f i l ter  r ep r es e nts   a  pred i c ted   a ng l e  of   th e  e l b o w   j oi nt.   T he   al g orit hm   of   the   z ero - c r os s i ng   f ea tu r e  an d  the   l o w   p as s   B u tt erw orth  f i l ter  w ere  c od ed   an d  c om pi l ed     i n  the   C  progr am m i ng   l an g ua ge ,  us i n g  the   Co oCox - C oIDE   ( V ers i on   1 .77 ,  E m be s t  T ec hn ol o g y   Co.,  L td. ,  W uh an  Un i v ers i t y  of  T ec hn ol og y , C hi n a).       2.6.   T imin g  Co n t r o l  M anag ement   T he  MCU p erip he r a l   was  c on tr ol l e d u s i ng  T i m er 5 an d  T i m er 2 as  s ho wn  i n F i gu r e 4   ( a).  T i m er  2  w as   us e d  to  m an a ge   th e  s am pl i ng   r a te  of   th e  an a l og   to  d i g i ta l   c on v erter   ( A DC) .  T i m er 3   was   us ed   to  ge ne r at e  a  pu l s e  wi dt h  m od ul at i on   ( P W M).  T i m er  1  an d  T i m er  4  wer e  no t  us ed   i n  thi s   s tud y .  T he   P W M  r e gi s t er  w as   up d ate d  e v er y   m i l l i s ec o nd   us i ng   T i m er  5  i nt err up ts .    T he   r es ul ts   of   the   pre di c t i o n  a l g orit hm   ( E MG Z C - L P F )   wer e   us ed   to   up da t e  t he   P W M  r eg i s ter  s o   tha t  t he   d ut y   c y c l e  ( DC)   of   the   P W M  f i t  the   po s i ti on   o f   the   el b o w   j oi nt.   C om m un i c ati on   am on g  the   pe r i ph e r al   us ed   d i r ec t  m e m o r y   ac c es s   ( DMA )   to   g et  r e al - ti m e  da ta   proc es s i n g.  U S A RT   was   us ed  to  s en d  the   A DC  r es ul ts  to  th e  c om pu ter f or an o f fl i n e d ata   an a l y s i s .   F i gu r e  4   ( b)  de s c r i be s   t he   proc es s i ng   t i m e  f or  t he   el bo w   j oi nt  an g l e  pre di c ti on .     T he   proc es s i ng   ti m e   of   the   predi c t i on   a l g orit hm   c on s i s ts   of   ti m e  to  bu ff er  a  nu m be r   of   s a m pl es   po i nt  ac c ord i ng   to  wi n do ws   l en g th  t w ,  ti m e  to  proc e s s   the   f ea ture  ex tr ac ti o n  t FE   an d   ti m e  to  proc es s   the   l o w   pa s s   B ut te r w ort h  f i l ter  t LPF .  I n  th i s   pa p er,  a  n um be r   of   s a m pl es   an d  th e  ord er  of  the   B utt er wor th  d i g i ta l   f i l te r   wer e  v arie d  to  g et  th e  op ti m u m   pe r f or m an c e.  T he   E M G   s i gn a l s   ha v e  a  f r eq ue nc y   r a ng e  of   20 – 5 00   H z   [ 21 ] .  I n  th i s   s tud y ,  t he   E MG   was   r ec orded  us i ng   A D C,  w i t h     a  2,0 00   H z   s am pl i ng   r at e,   whi c h  i s   ac c ord i ng   to  t he   N y q ui s t  r e qu i r em en t  [17] .   A no the r   s tu d y   us ed   a  s am pl i n g  f r eq ue nc y   of   20 48   H z   t o  c ol l ec t  t he   E MG   s i g na l   [2 2] .  T he   E M G   s i gn a l s   w ere  ex tr ac ted   w i t h  v ar y i ng   wi n do w   l en gt hs ,  f r o m   10 0  to  20 0  s am pl es   ( 50   m s ec   to  10 0  m s ec   f o r     a 2 , 0 00   H z  s am pl i ng  r ate ) .  Li  s e l e c te d a   10 0 s am pl es  wi nd o w  t o  i m pl em en t a  r ea l - ti m e c on tr ol  i n   up pe r   l i m b  ex os k el eto n  [ 7] .  E d w ar d  us ed   a  wi n d o w   l en gt h  of   24 8  m s ec   to  es ti m ate   the   E MG   am pl i tud e   [2 2] .  O s k oe i   ex pl ore d  a   wi nd o w   l en gth   b et w ee n  50   t o  50 0   m s ec   to  g et  be tt er  pe r f or m an c e o f  th e  c l as s i f i er   [23] . T r i w i y an to   et  a l . s tu di ed  t ha t  th e  pe r f orm an c e o f  th e  pred i c ti o n   w as   af f ec ted   b y   wi nd o w   l e ng th  [ 24 ] .   T he   order   of   the   B utt er w orth  f i l ter  w as   v ari ed   f r o m   tw o  to   ei g ht  ord ers  to  f i nd   an   op t i m u m  order of  th e f i l ter.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0   ◼     E mb ed d ed  s y s tem   for up pe r - l i mb   ex os k el e ton . .. ( T r i wi y an to  T r i wi y a nto )   2997     2.7.   S er v o  M o t o r   Co n t r o l   T he   E MG   s i gn a l   w as   ex tr a c ted   us i n g  z ero - c r os s i ng   f e atu r e  ex tr ac ti on ,  a nd   th en   i t  w as   s m oo the ne d  us i n g  th e  l o w   pa s s   B utt erw orth  f i l t er.  T he   ou tpu t  of   the   l o w   pa s s   B ut terwor th  f i l t er  was   c al l e d  E MG ZC_LPF .  T he   s erv o  m oto r   w as   c on tr o l l e d  b y   p ul s e - wi dt h  m od ul at i o n  ( P W M )   w i th    a  p arti c u l ar  du t y   c y c l e   ( DC) ,  as   s h o w n   i n  F i gu r e   5 .  T he   du t y   c y c l e  r a ng e   of   th e  P W M  w as   ba s ed   on   t he   E MG ZC_LPF   v al ue .   T he   DC   w as   c al i brat ed   s o  t ha t  th e  ex os k el eto n’ s   r an g e  o f   the   m oti on   i s   f r o m  0 o   to 150 o .        T I M E R   5 T I M E R   3  =  P W M T I M E R   2 A D C D M A   1 U S A R T S R A M D M A   2 E M G   ZC - L P F A R M S T M 32 F 429 P e r so n a l   C o m p u t e r C o n t r o l l e r D r i ve r S e r vo   M o t o r 1 2 P i n   1 :  P W M             2 :  U S A R T   ( a)     F e a t u r e   e xt r a ct i o n D i g i t a l   l o w   p a s s   f i l t e r   ( 2 nd   o r d e r ) E M G N t w t FE t L P F B U F F E R   N th P r e d i ct e d   A n g l e E va l u a t i o n R M S E   &  CC D a ta   P r o c e s s i n g   ( b)     F i gu r e  4.  ( a) R ea l - t i m e c on tr ol  of  th e  pe r i ph er al   i n t he   MCU m od ul e,  an d    ( b)  T he  pro c es s i ng  t i m e f or  the  pre di c t i on ;   t w   i s   w i n do w  l en gth ,  t FE   i s  t i m e f or    f ea ture ex tr ac ti on ,  an d  t LPF   i s  ti m e f or di gi ta l  f i l ter  proc e s s i ng       A / D   C o n ve r t e r F e a t u r e   E xt r a ct i o n D r i ve r   S e r vo   M o t o r B i o - a m p l i f i e r L o w   P a ss   F i l t e r E M G E M G ZC E M G ZC _ L P F P W M D u t yC yc l e   = f ( E M G ZC _ L P F   ) 1 2 N o t e   1 :  E l e ct r o d e                   2 :  S e r vo   M o t o r     F i gu r e  5.  C o ntro l l i ng  th e  e x os k el eto n u s i ng  t he   E MG  s i gn a l       2.8.     E v aluat ion  of  t h e P er f o r man ce   T he   ev a l ua ti o n  pr oc es s   wa s   pe r f or m ed   of f - l i ne   us i n g  a  c om pu ter  ( Int e l   Cor e   i 3 - 32 17 U  CP U  at  1 .80 G H z ,  8  G B   of   RA M,   W i nd ow s   8) .   T he   E MG   an d  th e  m ea s ured  a ng l e  wer e  s en t  to   the   c om pu ter  us i ng   a  US A RT   pe r i ph era l   f or  f urther  da ta  an al y s i s .  T he   pred i c ti o n  al go r i t hm   w as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
             ◼                IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No .  6,  D ec em be r  20 19 :   29 9 2 - 300 2   2998   an a l y z e d  an d  v i s u al i z ed   of f l i ne   us i ng   L a z arus   progr am m i ng   ( V ers i on   1.8 . 4) .   T he   predi c ted   an g l e   was   ob ta i n ed   af ter  the   f ea ture  ex tr ac t i on   an d   l o w - pa s s   f i l ter  proc es s .  T he   p erf or m an c e  of    the   el bo w   j oi nt  an gl e  pred i c ti on   w as   e v a l ua t ed   us i ng   a  P ea r s on ’ s   c orr el at i o n  c oe f f i c i en t  ( CC) ,   an d  r oo t  m ea n  s qu are  err or  ( RMS E ) .  T he   CC  an d  RMS E   w ere  c a l c ul ate d  us i ng   ( 4)  an d  ( 5),  r es pe c ti v el y   [ 6,  2 5] :      = √ 1 ∑ ( − ) 2 = 1   ( 4 )      = ∑ − ( ∑ ) ( ∑ ) √ ( ∑ 2 − ( ∑ ) 2 ) ( ∑ 2 − ( ∑ ) 2 )   ( 5 )     where  x n   i s   the   m ea s ured  an g l e,  y n   i s   th e  pred i c ted   a ng l e,  an d  N   i s   th e  nu m be r   of   the   s am pl e s   po i nt.   T he   CC  an d  RM S E   wer e  of ten   us ed   b y   prev i o us   r es ea r c he r s   [7,   9 ,  26 ,  2 7]   to  ev al u ate     the   p erf or m an c e  of   the   predi c t i on .  T he   C C  an d  RM S E   v a l ue s   wer e  c al c u l at ed   us i ng   La z arus   pro gram m i ng .  T he   pro po s e d  m eth od   was   t es ted   w i t h  t hree  pe r i od s   of   m oti on   ( 12   s ec ,  8  s ec   an d   6  s ec )   to   s ee   th e  c o ns i s ten c y   of   th e  m eth od .   In   th i s   s t ud y ,   t he   p - v al u es   wer e  us e d  to   ex am i ne   whet h er  th ere  w ere   an y   s i gn i f i c an t  d i f f erenc es   be twee n  the   pe r i od s   of   the   m oti on   or  no t .    T he   bi c ep s   w ere  us e d  to  predi c t  t he   e l bo w  j oi nt  an g l e .  In  th i s   s tud y ,  the   r a ng e  of   the   m ov em en t  of  th e e l bo w j oi nt  an gl e  w a s  f r o m  0 o   – 150 o .        3.  Re sult s   and  D isc u s sio n   T he   el bo w   j oi nt  an g l e  pr e di c ti on   w as   i m pl em en ted   i n  the   em be dd e d  s y s t e m   us i ng     an   A RM S T M3 2F4 29   m i c r oc on tr ol l er.   T he   pre di c ti on   al go r i t hm   c ou l d  c o ntrol   t he   ex os k el et on   s m oo thl y   ac c ord i ng   t o  t he   hu m an   el bo w  j oi nt.   T he   pr op os ed   m eth od   c an   pe r f orm   i n  r ea l - ti m e   wi th  th e  proc es s i n g  ti m e  of   10 0.3 98   m s ec   ( the   nu m be r   o f   the   s a m pl e  po i n t s   are  20 0  w i t h    the   s ec on d - or de r   of   the   B u tte r w orth  l o w - pa s s   f i l ter) .  T he   pred i c ti o n  al go r i t hm   o f   t he   el bo w   j oi nt   an g l e  wor k s   w el l   f or  the   three  pe r i od s   of   m oti on   ( p - v a l ue s   >   0.0 5).   I n  t h i s   ex pe r i m en t,    the   proc es s i n g  t i m e  f or  f ea ture  ex tr ac t i on   i s   6 4  µ s .   Li n  r ep orted   t he   proc es s i n g  t i m e  was   5   m s ec   us i ng   an   em be dd e d  F r ee s c al e  m i c r oc on tr ol l er  ( M P C556 6)   [28] .  I n  th i s   prop os ed   m eth od ,    the   t i m e  of   the   em be dd e d  s y s tem   to  proc es s   the   predi c t i on   wh i c h  c on s i s ts   of   the   f ea ture  ex tr ac ti on   an d  t he   d i gi tal   f i l ter  of   th e  s ec on d  order   i s   1 00 .3 9  m s ec .  T an g  r ep orte d   tha t   th e  t i m e   to  pr oc es s   the   pre di c t i on   al go r i thm   c on s i s ts   of   th e  f ea ture   ex tr ac t i on   a nd   c l as s i f i er  us i ng     a s ta nd ard c om pu ter  w as  2 50  m s ec   [26] .     3.1.   T ime  E xe cut ion   o f  t h e  A lg o r it h m   F i gu r e   6   ( a)  s h o w s   th e  pr oc es s i ng   t i m e  f or  s i ng l e   f ea ture  ex tr ac ti o n.  T he   proc es s i ng   ti m e  of   the   f ea ture  ex tr ac ti on   w as   te s te d  f or  s ev eral   nu m be r s   of  the   s am pl e  po i nts   ( N   =   1 00 ,     N   =   15 0,  an d  N   =   20 0).  T he   proc es s i ng   ti m e  of   th e  l o w   p as s   B utt er wor th  f i l ter  was   al s o  m ea s ured i n s ev eral  orders  ( 2 nd , 4 th   an d 8 th   order ) , a s  s ho w n  i n F i g ure 6   ( b).          ( a)     ( b)     F i gu r e  6.  ( a) T h e p r oc es s i n g t i m e o f  th e f ea ture  ex tr ac ti on   wi t h a   v ar i ou s   n um be r  of  s a m pl e  po i nts , a n d   ( b)  t h e p r oc es s i ng  t i m e o f  th e l o w   pa s s  B u t terwor th  f i l t er  wi th  di f f erent o r de r  f i l ter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0   ◼     E mb ed d ed  s y s tem   for up pe r - l i mb   ex os k el e ton . .. ( T r i wi y an to  T r i wi y a nto )   2999   3.2.   E v aluat ion  of  t h e  P r edict i o n   A lgo r it h m   T he   E MG   s i gn al s   r es p on d  to   th e  c ha ng e  of   t h e  el b o w   j o i nt   an gl e ,  as   s h o w n  i n     F i gu r e  7   ( a),  w i t h  v ar y i ng   a nd   r an d om   a m pl i tud es   ( 0  to  3  m V   pe ak   to  pe ak )   [21] .  In  thi s   s tu d y ,     the   pe r f orm an c e  of   the   propos ed   m eth od   was   ev al u ate d  us i ng   t he   thr ee   d i f f er en t  pe r i od s   of   m oti on .  T he   pe r i od   of   th e  m ov e m en t  was   s y nc hr on i z e d  us i n g  the   Me tr o n om e  ( Mi c r os o ft   W i nd ow s  ap p l i c at i o n).          ( a)       ( b)     F i gu r e  7.  ( a) T he  E MG  s i g n al  f or one  c y c l e   of   m oti on  ( f l ex i on   an d  ex ten s i on ) ,   ( b) T he  E MG  f ea tures  a nd   predi c te d a ng l e f or on e p er i od   of  m ov em en t;   t he  r ed  l i ne   i s  th e  ex p ec ted   an g l e,  an d  the   bl ac k  l i ne   i s  th e  m ea s ured   an gl e       T he   pe r i od s   us e d  i n   th i s   wo r k   wer e  12 s ,  8s ,  a nd   6s .   T he   m ea n  c orr el ati on   c oe f f i c i en t  f or  the   thre e  of   di f f erent  pe r i o ds   ( 12 s ,  8s ,  an d  6s )   s ho w s   a  hi g h  c orr el at i o n,  w h i c h  i s   0.968 ± 0. 01 2 ,  0.9 7 9±   0.0 0 6  an d  0 .98 5± 0. 00 3  r es pe c t i v el y ,  as   s ho w n   i n  F i gu r e  8(a) .  T he   ac c urac y   ( RM S E )   of  the   pred i c ti o n  a l g orit hm   i s   s ho w n   i n  F i gu r e   8(b) .   T he   RM S E   v a l ue   v arie s   wi t h  a   v arie t y   of  s tan da r d  d ev i at i o ns   b y   th e  pe r i o ds   of   the   m oti on   of   the   el bo w   j o i nt .  T he   m ea ns   of  the   RM S E   f or  the   m oti on   p erio ds   of   12   s ec ,  8  s ec ,   an d  6  s ec   are  1 4.0 5 3 o ± 1.6 63 o ,  11 .9 5 o   ± 2.3 14 o   an d  10 .30 o   ± 1.4 53 o , res pe c t i v el y .         ( a)     ( b)     F i gu r e  8.  T he  c om pa r i s on  o f  ( a) Pe ars on ’ s  c orr el ati on  c oe f f i c i en t a n d (b)  r oo t m ea n s qu ared  err or of  th e e l bo w j oi n t a n gl e p r ed i c ti on  f or thr ee  di f f erent p er i od s  ( 1 2 s ec , 8   s ec ,   a nd  6  s ec )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
             ◼                IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO M NIK A     V ol .   17 ,  No .  6,  D ec em be r  20 19 :   29 9 2 - 300 2   3000   A s   s ho wn  i n  T ab l e  1,  the   p - v al ue s   of   t he   CC  f or  t he   m oti on   pe r i od s   of   12 s ,  8s ,  an d   6s   are  0. 25 0,  0.7 6 2  an d   0. 66 9,  r es pe c t i v el y   wh i c h  t he   p - v a l ue s   are  hi gh er   tha n  t he   al p ha   v al u e   ( 0.0 5).  T he   p - v al u es   of   t h e  RM S E   f or  th e  pe r i od s   of   the   m oti on   12 s ,   8s ,  an d   6s   are   0.7 63 5 ,   0.3 0 1  an d  0 .84 7,  r es pe c t i v el y   i n  w h i c h  t he   p - v a l ue s   s h o w   h i g he r   v al ue s   t ha n  th e  al ph a   ( 0.0 5)  s ug ge s t  th at  the r e  are  no   s i gn i f i c an t  di f f erenc es   be t we en   t he   pe r i od s   of   the   m oti o n.   F i g ure  9   s ho w s   the   ef f ec t  of  the   order   of   the   l o w   pa s s   B u tte r w ort h  f i l ter  to  the   R MS E   v a l ue .  I n  thi s   ex pe r i m en t,  the   l o w   p as s   B utt er w orth  f i l t er  was   v ar i ed   f r o m   the   f i r s t  to  s i x th - order   to  ob tai n    the   l o w es t  RM S E . T he  r es p on s e o f  th e  RM S E   to  t he  f i l t er or de r  i s   no t  a l i n ea r  f un c ti on .   T he   c om pa r i s on   be t ween   t he   pred i c ted   an d  m ea s ured  a ng l e  f or  d i f f erent  f i l ter   o r de r   i s   s ho w n  i n  F i gu r e  1 0.  W he n  the   f i l ter  order   i s   to o  l o w ,   i t   af f ec ts   the   ou t pu t   of   th e  e x pe c ted   an gl e  wi th  a  r i pp l e  n oi s e  ( F i gu r e  10   ( a) ) .  W he n  the   f i l ter  ord er  i s   too   h i gh ,  t he   pre di c te d   an gl e  w i l l   s h i f t   to  th e  r i gh t   ( F i gu r e  1 0   ( c ) ) .  It  s ho w s   tha t  th e  or de r   of   the   f i l ter  af f ec ts   the   p erf or m an c e  o f    the   pred i c ti o n  be c a us e  of   the   l a g  t i m e  of   the   f i l t er.  S i nc e   a   h i g he r - order   of   th e  f i l t er  c a us es     m ore  de l a y   t i m e  to  proc es s   the   s i g na l .  In  th i s   ex pe r i m en t,  w e  f ou nd   th at  th e  l o we s t  RMS E   i s   i n  the 3 rd   order  f i l ter. T he   z ero - c r os s i ng  f ea ture i s   al s o  v er y   es s en t i a l  i n t h i s  pro po s ed  m eth od .    A   t hres ho l d   v ol t ag e   of   t he   z ero - c r os s i ng   f ea ture,   as   w r i tt en   i n   ( 1),  i s   v er y   i m po r tan t  to  de term i ne   a n  op ti m u m   predi c ted   an gl e.  A s   s h o w n  i n   F i gu r e  11 ,   the   l o wes t  R MS E   v al ue   i s   6.1 4 o   when   the   thres h ol d   v al ue   i s   0.0 9   m V .  In  th i s   s tud y ,  the   ex os k el eto n  ba s ed   on   el ec tr om y og r a ph y   c on tr ol   i s   ab l e  to  ad a pt  f or  di f f erent   s ub j ec t  an d   v aria b l e  b y   a dj us ti ng   t he   f ea t ure  thres ho l d  an d   ga i n  i n  t he   bi o - am pl i f i er.  L en z i   r e po r te d  s i m i l ar  r es u l t s   i n  t he   de v e l op m en t  of   th e  ex os k el eto n   ba s ed   on   m y oe l ec tr i c   c on tr ol ,  w h i c h  the   f i nd i n g  s ho w s   tha t  i t  was   ea s y   to  i m pl em e nt  an d  d i d  n ot  ne ed   a   c al i brat i o n  [ 8] .  T hi s   i s   c on tr ar y   whe n  t he   s y s tem   us es   a  pa tt ern  r ec o gn i t i o n  m eth od   whi c h  r e qu i r es   a  tr a i n i ng   s tep   s o  th a t  t he   s y s t em   c an   a da pt   to  t he   pred i c ti o n   al g orit hm   f o r   di f f erent s ub j ec ts , a s  m en ti on ed  b y  pre v i ou s  r es ea r c h ers   [7,  26 , 2 9 ] .       T ab l e 1 . T he   S um m ar y   of   t he   Cor r e l at i on  Co ef f i c i en t  a nd  RM S E  of     the  P r ed i c ted   A n gl e   f or the  T hree  P erio ds   of  th e  Mo t i o n  12  s ec ,  8  s ec ,   a nd  6  s ec   P e r iod s   ( s )   C o r r e lat ion   c o e f f i c ien t   R M S E   ( °)   12   8   6   12   8   6   M e a n   0 . 9 6 8   0 . 9 7 9   0 . 9 8 5   1 4 . 0 5 3   1 1 . 9 5   1 0 . 3 0   SD   0 . 0 1 2   0 . 0 0 6   0 . 0 0 3   1 . 6 6 3   2 . 3 1 4   1 . 4 5 3   M e d ian   0 . 9 7 0   0 . 9 8 1   0 . 9 8 6   1 4 . 3 5 3   1 2 . 2 5   9 . 9 4 5   M a x im u m   0 . 9 8 3   0 . 9 8 7   0 . 9 9 0   1 6 . 4 9 0   1 5 . 1 1   1 3 . 2 0   M inim u m   0 . 9 4 0   0 . 9 6 9   0 . 9 7 9   1 1 . 2 3 2   9 . 0 4 5   8 . 1 8 6   p - v a lue   0 . 2 5 0   0 . 7 6 2   0 . 6 6 9   0 . 7 6 3 5   0 . 3 0 1   0 . 8 4 7   a lph a   0 . 0 5   0 . 0 5   0 . 0 5   0 . 0 5   0 . 0 5   0 . 0 5           F i gu r e  9.  T he  ord er of  th e  d i gi tal  f i l ter  ef f ec ts  th e RM S E  of  th e  ac c urac y  of     the  pre di c t i on ,  RM S E  i n  de grees       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NIK A     IS S N: 1 69 3 - 6 93 0   ◼     E mb ed d ed  s y s tem   for up pe r - l i mb   ex os k el e ton . .. ( T r i wi y an to  T r i wi y a nto )   3001       F i gu r e  10 . T he  or de r  of  th e   f i l ter ef f ec ts  th e p erf or m an c e o f  th e  predi c t i o n    ( a) l o w   pa s s  B ut ter w ort h f i l t er 1 st   ord er, ( b) 3 rd   order  a n d (c )  6 th   order ;    t he  r ed  l i ne   i s  th e p r e di c te d  an g l e,  an d  th e  b l ac k  l i ne   i s  th e m ea s ured a n gl e           F i gu r e  11 . T he  ef f ec t o f  th e  th r es ho l d  v o l ta ge   i n t he   z e r o - c r o s s i ng  f ea ture to  th e  R MS E - v a l u e       4.   Co n clusion   In  th i s   s tu d y ,   a   r ea l - ti m e  predi c t i on   o n  t he   el bo w  j oi nt   an gl es   ba s e d  o n  m y oe l ec tr i c   c on tr ol   i s   i m pl em en ted   i n   an   em be dd ed   s y s tem   us i n g  a n  A RM S T M3 2F4 29   m i c r oc on tr ol l er  to  c on tr ol   th e  ex os k el eto n.  In   ac c ordanc e   wi th   the   ex p e r i m en t,  a  b i c ep s   c an   be   u s ed   to   c on tr ol     the   ex os k el eto n  s m oo thl y   ac c ordi ng   t o  the   el bo w   j oi n t  an g l e.  T he   pred i c ti o n  a l g orit hm   c on s i s t s   of   the   z ero - c r os s i ng   f ea t ure  ex tr ac ti o n  an d  t he   s ec on d - ord er  c on s i s ts   of   the   l o w   pa s s   B utt er w orth  f i l ter  w h i c h  p l a y s   as   the   s m oo the ni n g  f un c ti on .  T he   n ov el t y   of   the   pr op os ed   m eth od   he r e  i s   a  s i m pl e  a l go r i th m   to  predi c t  the   el bo w   j o i nt  an gl e  us i ng   t he   z ero - c r os s i ng   f ea tur e  ex tr ac ti on   an d  the   l o w  p as s   B utt er wor th  f i l t er.  T hi s   al go r i thm   i s   c ate g ori z ed   as   a  no n - pa tt ern  r ec og ni t i o n  m eth od .  T he r ef ore,  w e  d o  no t  n ee d  a  l ea r ni ng   s tag e  to  tr a i n  th e   s y s tem   s i nc e     the   E MG   s i gn a l s   are  ex te ns i v el y   r ec og n i z ed   as   a  n on - s tat i on ar y   s i gn al   a nd   r an do m   w h i c h    the   c ha r ac teri s ti c s   d ep e nd   on   th e  s ub j ec ts .  T hu s ,  th e  propos e d  m eth od   c an   be   a da pt ed   s i m pl y   b y   ad j us ti n g t h e t hr es ho l d  v ol ta ge   i n t he   z ero - c r os s i ng   f ea ture an d t h e a m pl i f i er g a i n.    In  the   ne x t  w ork ,  an   au to - tun i n g  of   the   thres ho l d  v ol t ag e  i n  the   z ero - c r os s i ng     al g orit hm   wi l l   b e  de v e l o pe d  s o  th at  th e  s y s tem   c an   ad ap t  au tom ati c al l y   when   the   s ub j ec t  i s   c ha ng e d.   T hi s   w ork   c an   al s o  be   i m pl em en ted   f or  oth er  s tud i es   i n  s i m i l ar  area s   s uc h  as   f or   pros the t i c   de v i c es   an d  ex o s k el eto n - ba s ed   m y o el ec tr i c   c on tr ol   f or  r eh ab i l i tat i on   p urpos e.  In  t hi s   s tud y ,  a  r ea l - ti m e  predi c t i on   on   th e  e l bo w  j oi nt  a ng l es   ba s ed   on   m y o el ec t r i c   c on tr ol   i s   i m pl em en ted   i n  an   em be dd ed   s y s tem   us i ng   a n  A RMS T M3 2F4 29   m i c r oc on tr ol l er  to  c o ntrol     the   ex os k el eto n .  In  ac c ord an c e  w i t h  the   ex pe r i m en t,   a  bi c ep s   a l on e  c an   be   u s ed   to  c on tr o l     the   ex os k el eto n  s m oo thl y   ac c ordi ng   t o  the   el bo w   j oi n t  an g l e.  T he   pred i c ti o n  a l g orit hm   c on s i s t s   of   the   z ero - c r os s i ng   f ea t ure  ex tr ac ti o n  an d  t he   s ec on d - ord er  c on s i s ts   of   the   l o w   pa s s   B utt er w orth f i l ter  w h i c h p l a y s  as  th e s m oo th en i ng  f un c t i on .       Ref er en ce   [1 ]   O s k o e i   M A,  Hu  H .  M y o e l e c tri c   c o n tro l   s y s te m s - A  s u rv e y .  Bi o m e d .  Si g n a l   Pr o c e s s .  C o n tro l .  2 0 0 7 ;   2 (4 ) :   2 7 5 – 2 9 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.