T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   19 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 1 ,   p p .   1 3 4 ~ 1 4 5   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A. v 1 9 i1 . 1 6 5 6 6     134       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   Im pro v ed my o elect ric pa tt er n reco g nition o fi ng er  mo v ement  using  rej ec tion - b a sed ex treme  lea r ning  ma chine       K ha irul Ana m 1 ,   Adel  Al - J um a ily 2   1 De p a rtme n o El e c tri c a E n g i n e e rin g ,   F a c u lt y   o En g in e e rin g ,   U n iv e rsity   o Je m b e r,   In d o n e sia   2 S c h o o o f   El e c tri c a l,   M e c h a n ica l   a n d   M e c h a tro n ic  S y ste m s,  F a c u lt y   o f   En g in e e rin g   a n d   I n fo rm a ti o n   Tec h n o lo g y ,   Un iv e rsity   o Tec h n o lo g y   S y d n e y ,   Au stra li a       Art icle   I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 ,   2 0 2 0   R ev is ed   Au g   1 0 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   Sep   1 5 ,   2 0 2 0       M y o e lec tri c   c o n tro s y ste m   (M CS h a d   b e e n   a p p li e d   t o   h a n d   e x o sk e leto n   t o   imp ro v e   th e   h u m a n - m a c h i n e   i n tera c ti o n .   Th e   c u rre n t   M CS   e n a b les   th e   e x o sk e leto n   to   m o v e   a ll   fin g e rs  c o n c u rre n tl y   fo o p e n i n g   a n d   c lo sin g   h a n d   a n d   d o e n o c o n sid e ro b u st n e ss   issu e   c a u se d   b y   th e   c o n d i ti o n   n o c o n sid e re d   in   th e   train i n g   sta g e .   Th is  stu d y   a d d re ss e d   a   n e M CS   e m p l o y in g   n o v e l   m y o e lec tri c   p a tt e rn   re c o g n it io n   (M - P R)  t o   h a n d le  m o re   m o v e m e n ts.  F u rth e rm o re ,   a   re jec ti o n - b a se d   ra d ial - b a sis  fu n c ti o n   e x trem e   lea rn in g   m a c h i n e   (RBF - EL M wa p r o p o s e d   to   tac k le  th e   m o v e m e n ts  th a a re   n o i n c lu d e d   in   th e   train in g   sta g e .   T h e   re su lt o th e   o ffli n e   e x p e rime n ts  sh o we d   th e   RBF - E LM   with   re jec ti o n   m e c h a n ism   (RBF - ELM - R)  o u tp e rfo rm e d   RBF - EL M   wit h o u t   re jec ti o n   m e c h a n ism   a n d   o th e we ll - k n o wn   c las sifiers .   In   t h e   o n l in e   e x p e rime n ts,  u sin g   1 0 - train e d   c las se s,  th e   M - P a c h iev e d   a n   a c c u ra c y   o f   8 9 . 7 3 %   a n d   8 9 . 2 2 %   u si n g   RBF - ELM - a n d   RB F - EL M ,   re sp e c ti v e ly .   In   th e   e x p e rime n wit h   5 - t ra in e d   c las se a n d   5 - u n train e d   c las se s,  th e   M - P a c c u ra c y   wa s 8 0 . 2 2 %   a n d   5 9 . 6 4 %   u si n g   R BF - ELM - a n d   RBF - EL M ,   re sp e c ti v e ly   K ey w o r d s :   E x tr em lear n in g   m ac h in e   Fin g er   m o v e m en t   Han d   ex o s k eleto n   My o elec tr ic  p atter n   r ec g n itio n     T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e th e   CC B Y - SA   lic e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kh air u l A n am   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   Un iv er s ity   o f   J em b er   Kalim an tan   3 7   St,  J em b er ,   E a s t Jav a,   I n d o n esia   E m ail: k h air u l@ u n ej. ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N     Ma n y   co u n tr ies  h av e   s ig n if ican n u m b er   o f   p eo p le  with   d is ab ili ty .   T h e   r esu lts   o f   th Su r v ey   o f   Dis ab ilit y ,   Ag ein g   an d   C ar er s   ( SDAC )   in   2 0 0 9   s h o we d   th at   f o u r   m illi o n   p eo p le  in   Au s tr a lia  ( 1 8 . 5 %)  s u f f er   f r o m   d is ab ilit y .   Stro k e   is   o n o f   th e   m ajo r   f ac to r s   ca u s in g   d i s ab ilit y   in   Au s tr alia.   I n   2 0 0 9 ,   i was  esti m ated   th at   1. 8 o f   A u s tr alian s   h av s u f f er ed   f r o m   s tr o k e.   Of   th e   p eo p le  wh o   ar e   im p air ed   d u t o   s tr o k e,   6 2 r ep o r te d   th at  s tr o k is   th p r im ar y   ca u s o f   d is ab ilit y .   Ab o u 4 0 o f   th em   h av d if f icu lties   u s in g   th eir   ar m s   o r   f in g e r s   o r   d if f ic u lties   in   g r ip p in g   [ 1 ] .      I n e v itab ly ,   h a n d   d is ab ilit y   ca u s ed   b y   s tr o k e   h as  d ec r ea s ed   t h q u ality   o f   life   f o r   in d i v id u als  an d   ca r er s .   T h er ef o r e,   m a n y   attem p ts   h a v b ee n   m ad to   tack le  th is   p r o b lem   th r o u g h   tr ad itio n al   th er a p y   o r   ev e n   ad v an ce d   tech n o lo g y   s u ch   as  r o b o tech n o lo g y   [2 - 5] .   T h h an d   ex o s k eleto n ,   as  p ar o f   r o b o tic  d e v ices,  b ec o m es  th b est  s o lu tio n   to   r ec o v er i n g   th e   q u ality   o f   life   f o r   th f o llo wi n g   r ea s o n s .   I is   p o r tab le  an d   wo r n   b y   th s u b ject  s o   th at  th e   th er a p y   ca n   b d o n an y wh e r a n d   an y tim e.   B esid es,  it  is   ea s y   t o   b e   eq u ip p e d   with   an   i n ter ac tiv e   in ter f ac s u ch   as a   g a m tech n o lo g y   t o   en h a n ce   th ef f ec tiv e n ess   o f   th th er a p y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         I mp r o ve d   myo elec tr ic  p a tter n   r ec o g n itio n   o f fin g er mo ve men t u s in g   r ejec tio n . . .   ( K h a ir u l A n a m )   135   T h h an d   e x o s k eleto n   is   ex p e cted   to   h elp   th wea r er   co m f o r tab ly .   T h e r ef o r e,   u s er   d o e s   n o f ee u n co m f o r tab le  an d   h av t r o u b le  wh en   d o i n g   m o ti o n   task   wh ile  wea r in g   it.  I n   o th er   wo r d s ,   th ass is tan ce   s h o u ld   b p r o v i d ed   as  n ee d e d   [ 6 ,   7 ] .   T o   attain   s u ch   s m o o th   i n ter ac tio n ,   th c o n tr o l   s y s tem   o f   th e   r o b o t   s h o u ld   co n s id er   th h u m a n   in ten tio n .   Ho wev er ,   d ev elo p in g   s u ch   co n tr o m eth o d   is   n o an   ea s y   task .   Dif f er en t   b io lo g ical  s ig n als  h av e   b ee n   co n s id er ed   to   d etec th e   u s er s   in ten tio n .   My o elec tr ic  s ig n al  ( ME S)   o r   elec tr o m y o g r ap h y   ( E MG )   s ig n al  th at  co n tain s   s u f f icien in f o r m atio n   o f   th u s er s   in ten tio n   h as  b ee n   u s ed   t o   co n tr o r eh ab ilit atio n   d ev ices  o r   ass is tiv r o b o ts   f o r   y ea r s .   My o elec tr ic  co n tr o h as  b ee n   im p lem en ted   in   two   way s n o n - p atter n   r ec o g n itio n   an d   p atter n   r ec o g n itio n   [ 8 ] .   I n   th f ir s ap p licatio n ,   th E MG   s ig n al  h as  b ee n   u tili ze d   to   d etec f o r ce   o r   a n y   p h y s ical  in f o r m atio n   s u ch   as  a n g le  to   co n tr o th e x o s k eleto n   d e v ices   [ 9 - 1 1 ] .   T h e   s ec o n d   ty p o f   E MG   im p lem e n tatio n   is   th e   E MG - b ased   p att er n   r ec o g n itio n .   I t h as  b ee n   d o n b y   an al y zin g   th e   E MG   s ig n als  an d   class if y in g   t h co r r ec m o v em e n f r o m   p r ed ef in ed   s ets  o f   lim b   m o v em e n ts .   Dif f er en t   ty p e s   o f   m o v em en ts   h av e   b ee n   s tu d i ed   s o   f ar   s u ch   as h an d   [ 1 2 - 1 9 ]   an d   leg   [ 2 0 21]   m o v em en ts .   So m h an d   e x o s k eleto n s   h av em p lo y ed   s u r f ac E MG   to   co m u p   with   s m o o th   h u m an - ma ch in e   in ter ac tio n .   Mu las  et  a l.   [ 2 2 ]   h av d e v elo p e d   h an d   e x o s k el eto n   co n tr o lled   b y   E MG   s ig n al.   T h E MG   s ig n al  co llected   f r o m   th s u b ject’ s   f o r ea r m   is   u s ed   to   p r ed ict  t h e   u s er s   in ten tio n   to   m o v e   o r   n o to   m o v e.   T h is   in f o r m atio n   was  em p lo y ed   to   d r iv f in g er s   o f   th e   h an d   ex o s k eleto n   o r   k ee p   th em   in   r e s s tate.   All  f in g er s   ex clu d in g   th e   th u m b   a r co n tr o lled   s im u ltan eo u s ly .   Fu r th e r m o r e,   W eg e   an d   Z im m e r m an n   [ 2 3 ]   h av e   d ev elo p ed   m y o elec tr ic  c o n tr o l   s y s tem   ( MCS )   f o r   a   h a n d   ex o s k eleto n   th at  co u l d   m o v e   an   in d iv i d u al   f in g e r   b ased   o n   th e   u s er ' s   in ten tio n .   T h MCS   u tili ze s   E MG   elec tr o d es to   ac q u ir elec tr ical  ac tiv ities   f r o m   1 6   m u s cles.  Mo r eo v er ,   th co n tr o s y s tem   em p lo y s   b lin d   s o u r ce   s ep ar atio n   t o   s ep ar ate  th in f o r m atio n   co n tain e d   in   th h ig h - d en s ity   s u r f ac E MG   s ig n als  at  th f o r ea r m   in to   s ev er al  s ig n als  r ela ted   to   s p ec if ic   f in g e r   m o v e m en t.  Ho wev er ,   th e   ex p er im en tal  r esu lt is   n o t satis f y in g .   T h latest  MC f o r   th h an d   ex o s k eleto n   is   th o n d ev e l o p ed   b y   Ho   et  a l.   [ 2 4 ] .   T h ex o s k eleto n s   s tr u ctu r f its   d if f er en f in g e r   len g th s   an d   alig n s   with   th v ir t u al  c en ter   o f   r o tatio n   o f   th m etata r s o p h alan g ea l   ( MCP )   an d   th e   p r o x im al   in ter p h alan g ea ( PIP) .   T h is   d ev ice   is   ab le  t o   d etec t   th e   u s er s   in ten t io n   f r o m   th u s er s   mus cle  f o r   h a n d   o p en in g   an d   c lo s in g .   T h u s ,   th is   d ev ice  is   ab l to   d r iv all  th f in g er   m o v em en ts   s im u ltan eo u s ly   to   o p en   an d   clo s th h an d .   T h af o r em e n tio n ed   f ac ts   s h o w   th at  th wo r k ab le  m y o elec tr ic  co n tr o ller   o n   t h e   cu r r en h an d   ex o s k eleto n   d ea l s   with   s im p l f in g er   m o v em e n ts ,   i.e .   s im u ltan eo u s   f i n g er   m o v em en ts   s u ch   as   o p en in g   an d   clo s in g   th e   h an d .   Mo r e o v er ,   th p r esen E MG - b ased   co n tr o ller   is   d esig n e d   to   r ec o g n ize  th e   m o v em en ts   th at  a r in v o lv ed   i n   th tr ain in g .   Ho we v er ,   it  f ail s   to   r ec o g n ize  th m o v em en ts   t h at  ar n o in clu d e d   in   th tr ain i n g   s tag e   [ 2 5 ] .   I n   r ea l - tim ap p licatio n ,   th e   tr ain ed   m o v em en ts   ar e   lim ited ,   y et  th e   u n tr ai n ed   m o v em en ts   ar e   m an y .   As  a   r esu lt,  th p er f o r m an ce   o f   th M C d ec r ea s es  wh en   it  wo r k s   i n   r ea l - tim o r   clin ical   ap p licatio n.   I n   s u m m ar y ,   two   m ain   p r o b le m s   ap p ea r   in   th cu r r en MCS   f o r   th h an d   ex o s k eleto n .   T h f ir s is   r elate d   to   th e   lim ited   n u m b er   o f   f in g e r   m o v em en ts   th at  ca n   b e   d ea lt  with .   T h e   s ec o n d   is   r elat ed   to   th e   ca p ab ilit y   o f   th MCS   to   r ejec th u n tr ain ed   m o v e m en ts   th at  p o s s ib ly   ap p ea r   i n   th r ea l - tim ap p l icatio n .   T h is   p ap er   p r o p o s es  n ew  M C f o r   th h an d   ex o s k eleto n   th at  o v er co m es  th ese  two   is s u es.   T h im p r o v e d   MCS   th at  i s   p r o p o s ed   em p lo y s   th E MG - b ased   p atter n   r ec o g n itio n   ( E MG - PR )   to   en ab le  co m p lex   f in g er   m o v em e n ts ,   in s tead   o f   h an d   o p e n in g   a n d   clo s in g .   Fu r th er m o r e,   to   c o p e   with   th u n tr ain ed   m o v e m en is s u e,   th is   p ap er   p r o p o s es  class if ier   ca lled   r ad ial  b asis   f u n ctio n   e x tr em lear n in g   m ac h in e   [ 2 6 ]   with   r ejec tio n   m ec h an is m   ( R B F - ELM - R ) .   R B F - ELM - R   d etec ts   th u n tr ain ed   m o v e m e n ts   an d   r ejec ts   th em .   I n   o th er   wo r d s ,   th s y s tem   will  co n s id er   th e   r ejec ted   m o v em en ts   as  a   n o - ac tio n   o r   r est  s tate.   T h e   p ap e r   is   o r g an ized   as  f o llo ws ;     s ec tio n   2   p r o v id es  a   d escr ip tio n   o f   th b asic  co n ce p o f   R B F - E L with   r ejec tio n   m ec h an i s m   ( R B F - ELM - R ) .   Sectio n   3   p r esen ts   th p r o p o s ed   MCS .   Sectio n   4   p r o v id es  th ex p er im e n tal  r esu lt  an d   s tatis tical  an aly s i s   f o r   th o f f lin a n d   o n lin class if icatio n   o f   t h p r o p o s ed   s y s tem   o n   th h an d   ex o s k eleto n .   Sec tio n   5   p r esen ts   th co n clu s io n .       2.   RE J E C T I O N - B AS E E X T RE M E   L E AR NING   M ACH I NE   2 . 1 .       E x t re m lea rning   m a c hin e   E x t r e m e   l e a r n i n g   m a c h i n e   ( ELM )   i s   a n   e x c e p t i o n a l   i n n o v at i o n   o f   s i n g l e - l a y e r   f e e d - f o r wa r d   n e u r a l   n e t w o r k   ( S L FN ) ,   w h i c h   o v e r c o m e s   s h o r t c o m i n g s   o f   t h e   n e u r a l   n e t w o r k ,   e s p e c ia l l y   i n   t h e   p r o c es s i n g   t i m e .   I t   o m it s   a n   i t e r a t i v e   l e a r n i n g   p r o c e s s   b y   s e t t i n g   t h e   h i d d e n   n o d e   we i g h t   r a n d o m l y   a n d   c a l c u l a t i n g   t h e   o u t p u t   w e i g h a n a l y t i c al l y .   T h e r e f o r e ,   t h e   t r a in i n g   t i m e   i s   e x t r e m e l y   f a s t   w h e n   c o m p a r e d   w i t h   t h e   t r a d i t i o n a l   n e u r a l   n e t w o r k s .   I n t e r e s ti n g l y ,   t h e   h i d d e n   n o d e   p a r t   c a n   b e   c o n s t r u c te d   u s i n g   ei t h e r   o r i g i n a l   n o d e s   o r   a   k e r n e l   f u n c t i o n   [ 2 6 ] .   T h o u tp u t f u n ctio n   o f   E L f o r   g e n er alize d   SLFN  ( f o r   o n o u tp u n o d e   ca s e)   is :     ( ) = ( ) = 1 = ( )   ( 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 1 :    13 4   -   1 4 5   136   wh er e   β = [ 1 , . . . , ]   is   th v ec to r   o f   th o u t p u weig h b etwe en   th h i d d e n   lay er   o f   L   n o d es  a n d   th o u t p u n o d e,   h ( x ) = [ 1 ( ) , . . . , ( ) ]   is   th o u tp u v ec to r   o f   t h h id d e n   lay er .   T h o b jectiv o f   E L is   to   m in im ize   th er r o r   an d   t h n o r m   o f   weig h t:        :  2      ( 2 )     wh er T   is   th tar g et.   Fo r   th c lass if icatio n   p u r p o s e,   th o u tp u t o f   E L as sh o wn   in   ( 1 )   co u ld   b m o d if ied   as:     ( ) = ( ) = ( ) ( 1 + ) 1     ( 3 )     wh er e     = [ ( 1 ) ( ) ] = [ 1 ( 1 ) ( 1 ) 1 ( ) ( ) ]   ( 4 )     an d   C   is   u s er - s p ec if ie d   p a r a m eter ,   L   is   th e   n u m b er   o f   th e   h id d e n   u n it,  an d   is   th e   n u m b er   o f   th e   tr ain in g   d ata.   T h p ar a m eter s   C   an d   L   s h o u ld   b ch o s en   p r o p e r ly   to   ac h iev g o o d   g e n er aliza tio n   p e r f o r m an ce .   Ho we v er ,   th er is   n o   s p ec if ic   m eth o d   to   d eter m in b o th   p ar am eter s   ex ce p tr ial  an d   er r o r .   Fo r tu n atel y ,   Hu an g   et  a l.   [ 2 6 ]   p r o v e d   th at  th b ig   n u m b er   o f   L   g iv es  g o o d   p er f o r m a n ce   s o   th at  th u s er s   ju s n ee d   to   d ete r m in th p ar am eter   o f   C .   Fu r th er m o r e,   in   ( 4 ) ,   h ( x )   is   f ea tu r m ap p in g   ( h id d e n   l ay er   o u t p u t v ec to r ) .     2 . 2 .   Ra dia ba s is   ELM   I f   th f ea tu r m a p p in g   h ( x )   is   u n k n o wn   to   th u s er ,   k er n e f u n ctio n   ca n   b u s ed   to   r e p r esen h ( x ) .   T h en ,   as sh o wn   i n   ( 3 )   wo u ld   b e:     1 1 1 1 () ( , ) 1 ( , ) TT E L M N fx C K x x C K x x =+ = +            h( x ) H H H T T     ( 5 )     wh er e      = :  , = ( ) . ( ) = ( , )   ( 6 )     an d   is   k er n el  f u n ctio n .   F o llo win g   o u r   wo r k   r esu lts   [ 2 7 ,   2 8 ] ,   th is   p ap er   em p lo y e d   r ad ial  b asis   f u n ctio n   ( R B F)  k er n el  an d   it  i s   ca lled   r ad ial  b asis   f u n ctio n   ex tr em lear n in g   m ac h in ( R B F - E L M) .   T h R B k er n el  i s   d ef in ed   as     ( , ) =  ( 2 )     ( 7 )       2 . 3 .    R BF - ELM - R   T o   r ejec t h m o v em en ts   th at   a r n o t   tr ain ed   o r   in v o lv ed   in   t h tr ain in g   s ec tio n   o r   e v en   t h m o v em en ts   th at  m ay   b o u o f   p h y s ical  lim itati o n ,   r ejec tio n   m ec h a n is m   is   ad d ed   to   th R B F - E L M.   T h e   r ejec tio n   m ec h an is m   is   co n d u cte d   b ase d   o n   th e   co n f i d e n ce   lev el  o f   t h o u tp u o f   R B F - E L M.   T h o u tp u is   ac ce p ted   if   th co n f id e n ce   lev el  is   h ig h e r   t h an   th p r ed ef in e d   th r esh o ld   v alu e.   T h is   v alu is   d er i v e d   f r o m   th ex p e r im en tal  p r o ce d u r es  th at  d if f er en tiate  t h r est  s tate  an d   t h f in g er   m o v em en ts .   Oth er wis e,   th o u tp u will  b r ejec ted   if   th co n f id en ce   lev el  is   lo wer   th an   th e   p r e d ef in ed   th r esh o l d   v alu e.   T h c o n f i d en ce   le v el  is   ca lcu lated   u s in g   en tr o p y   [ 2 9 ]   an d   d ef i n ed   b y ;     ( ) = ( )  ( ( ) )     ( 8 )     wh er is   th n u m b er   o f   th o u tp u u n it,  n   is   th iter atio n   o f   d ata,   an d   Oj  is   th jth   o u tp u o f   th o u tp u lay er   o f   E L M T h lo en tr o p y   in d i ca tes  th at  th p r o b ab ilit y   o f   s p ec if ic  o u tp u ca n   clea r ly   b d if f er en tiated   f r o m   o th er s .   On   th o th er   h an d ,   h ig h   en tr o p y   im p lies   th at  th p r o b ab ilit ies  o f   th o u tp u ts   ar s im ilar   o r   v er y   clo s to   ea ch   o th er   s o   th at  th er is   am b ig u ity   in   d eter m in in g   t h co r r e ct  o u tp u t.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         I mp r o ve d   myo elec tr ic  p a tter n   r ec o g n itio n   o f fin g er mo ve men t u s in g   r ejec tio n . . .   ( K h a ir u l A n a m )   137   3.     T H E   P RO P O SE M YO E L E CT RIC CO N T RO L   F O R   T H E   H AND  E XO SK E L E T O N   T h is   p ap er   p r o p o s es  n o v el  M C f o r   th h an d   ex o s k eleto n   w ith   m in im u m   c h an n el  r ea d in g .   T h MCS   co n s is ts   o f   two   m ain   p ar ts ,   th m y o elec tr ic  p atter n   r ec o g n itio n   ( MPR )   an d   n o n - p atter n   r ec o g n itio n   b lo c k s     (M - non - PR ) ,   as  d ep icted   in   Fig u r e   1 .   Usi n g   ju s two   E MG   ch an n els,  th e   MPR   p r o d u ce s   t h in ten d ed   f in g er   m o tio n   t h at  th e   r o b o s h o u ld   p er f o r m   an d   th e   M - n o n - PR   e s tim ates  th s tr en g th   o f   t h e   i n ten d ed   m o v em en t.   Ho wev er ,   in   th is   p ap er ,   all  e x p er im en ts   in v o lv e d   o n ly   o n e   lev el  o f   s tr en g th ,   wh ich   is   m ax im u m   v o lu n tar y   co n tr ac tio n   ( MV C ) .           Fig u r 1 .   My o elec tr ic  co n t r o s y s tem   d ev elo p ed   t o   co n tr o l th h an d   e x o s k eleto n       3 . 1 .     Da t a   a qu is it io n   T h e   Flex C o m p   I n f in iti™   Sy s t em   f r o m   T h o u g h T ec h n o lo g y   was  u s ed   to   ac q u ir th s ig n als  f r o m   two   E MG   s en s o r s ,   My o Scan   T 9 5 0 3 M,   th at  wer p u o n   th s u b ject’ s   f o r ea r m   as  s ee n   in   Fig u r 2 .   T h ac q u ir e d   E MG   s ig n als  wer am p lifie d   with   to tal   g ain   o f   1 0 0 0   an d   s am p led   at  2 0 0 0   Hz.   b an d - p ass   f ilter   b etwe en     2 0   Hz  an d   5 0 0   Hz  f ilter s   th co llected   E MG   s ig n als.  B esid es ,   n o tch   f ilter   was  em p lo y ed   to   r em o v th 5 0   Hz  lin in ter f er en ce .   B ef o r b ein g   ap p lied   to   th h a n d   e x o s k elet o n ,   th e   MCS   was  test ed   in   th o f f lin e xpe r im e n to   ex am in a n d   v er if y   t h ef f ic ac y   o f   t h p r o p o s ed   s y s tem .   E i g h s u b jects  wer in v o lv ed   c o n s is tin g   o f   2   f em ales   an d   6   m ales  ag e d   2 4 - 6 0   y ea r s .   All  s u b jects  wer n o r m ally   li m b ed   with   n o   m u s cle  d is o r d er .   T h s u b jects  wer e   ask ed   to   p er f o r m   p ar ticu l ar   p o s tu r o f   f in g er   m o v em e n f o r   5 s   an d   th e n   tak r est  f o r   5 s .   E ac h   ac tio n   was  r ep ea ted   s ix   tim es.           Fig u r 2 .   Placem en o f   th ele ctr o d ( f le x o r   p o licis   lo n g u s )   an d     elec tr o d ( f lex o r   d ig itar iu m   s u p er f icialis )       3 . 2 .     M y o elec t ric  pa t er n   re co g nitio n   F ig u r 3   d escr ib es  th m y o e lectr ic  p atter n   r ec o g n itio n   ( MPR )   u s in g   r ejec tio n - b ased   E L M.   T h e   p r o p o s ed   s y s tem   ev alu ates  th e   am p litu d e   o f   th E MG   s ig n al s   to   d etec th e   m o ti o n   i n ten tio n   o f   th e   u s er .   T o   d o   s o ,   th av er ag o f   r o o m ea n   s q u ar ( R MS)   f r o m   two   ch an n els  is   co m p ar ed   with   th th r esh o ld   v alu e.   I f   th e   m ea n   is   lo wer   th an   th th r esh o ld   v alu e,   th is   p r o d u ce s   “n o   m o tio n ”.   Oth er wis e,   th MPR   will  b ac tiv ated   an d   g en er ates  th in ten d ed   m o v e m en t.  I n   m o r e   d etail  ex p lan atio n   f r o m   f e atu r e x tr ac tio n   t o   p o s t - p r o ce s s in g ,   t h e   f o llo win g   will illu s tr ate  it.   As  s tated   in   T k ac h   et  a l.   [ 3 0 ]   th at  t h c o ef f icien ts   o f   a u to r eg r ess iv ( AR )   m o d el  a n d   tim e - d o m ain   ( T D)   f ea tu r es  we r s tab le  an d   r o b u s to   th e   elec tr o d e   lo ca tio n   s h if a n d   th e   ch a n g o f   s ig n al  lev el,   th is   p a p er   ex tr ac ted   f ea tu r es  f r o m   th T D   f ea tu r a n d   co e f f icien ts   o f   t h e   au to r eg r ess iv m o d el.   T h T f ea tu r es  co n s is ted   o f   m ea n   a b s o lu te  v al u ( MA V) ,   s lo p s ig n   ch a n g es  ( SS C ) ,   wav ef o r m   le n g th   ( W L ) ,   a n d   ze r o   cr o s s in g s   ( Z C ) .   I n   ad d itio n ,   th p a r am eter s   o f   Hjo r th   tim d o m ain   p ar am eter s   wer ad d ed   to   im p r o v t h p er f o r m a n ce   o f   th e   s y s tem   [ 3 1 ] . T h f ea t u r es we r ex tr ac ted   with   d u r atio n   o f   1 0 0   m s   ev er y   1 0 0   m s .   Af ter   f ea tu r es we r ex tr ac te d   f r o m   all  E MG   c h an n els,   th ey   wer th en   co n ca ten ated   to   f o r m   la r g e   f ea tu r e   s et.   As  a   r es u lt,  th e   d im en s io n   o f   th f ea tu r e   s et  is   lar g e.   T h e r ef o r e,   th e   d im e n s io n   was  r e d u ce d   an d   at  t h s am tim e   p r o jecte d   to   n ew  f ea tu r es   th at  ar m o r s ep ar ab le.   T h is   p ap er   u tili ze d   s p ec tr al  r eg r ess io n   d is cr im in an an aly s is   ( SR DA) ,   f o llo win g   th r ec o m m en d atio n   o f   p r ev io u s   wo r k   [ 28] .   SR DA  i s   an   ex ten s io n   o f   li n ea r   d is cr im in a n an al y s is   ( L DA )   th at  ca n   im p r o v t h p er f o r m a n ce   o f   L DA  in   ter m s   o f   s p ee d   a n d   ab ili ty   to   wo r k   o n   a   lar g d ataset   [ 3 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 1 :    13 4   -   1 4 5   138   T o   en h an ce   th class if icatio n   p er f o r m an ce ,   th e   p r o p o s ed   MCS   in tr o d u ce s   a   r ejec tio n   m ec h an is m   in t o   r ad ial  b asis   f u n cti o n   e x tr em lear n in g   m ac h in e   o r   as  it  is   c alled   R B F - ELM - R .   T o   in v esti g ate  an d   v er i f y   th e   p er f o r m an ce   o f   R B F - ELM - R ,   o f f lin class if icatio n   wa s   co n d u cted .   I n   th o f f lin e   class if icatio n ,   th p er f o r m an ce   o f   R B F - ELM - R   was  co m p ar ed   with   th o r ig in a R B F - E L an d   o th er   well - k n o wn   class if ier s   s u ch   as  s u p p o r v ec to r   m ac h in ( SVM) ,   least - s q u ar s u p p o r v ec to r   m ac h in e   ( L S - SVM) ,   lin ea r   d i s cr im in an an aly s is   ( L DA) ,   an d   k - n ea r est  n ei g h b o r   ( k NN) .   T h e r wer e   1 0   class es  in v o lv ed   in   th e x p er im en t s .   T h ese  1 0   class es   co n s is o f   5   in d iv id u al   f in g e r   m o v em en ts ,   4   co m b in ed   f in g e r   m o v e m en ts ,   an d   h an d - clo s ( HC )   m o v em en t.  T h e   in d iv id u al   f in g e r   m o v em e n ts   in v o lv e   th u m b   ( T ) ,   in d e x   ( I ) ,   m id d le  ( M) ,   r i n g   ( R ) ,   an d   litt le  ( L )   f in g er s .   T h f o u r   co m b in ed   m o v em en ts   wer t h p in ch in g   o f   th u m b   an d   i n d e x   ( T - I ) ,   t h u m b   an d   m id d le  ( T - M) ,   th u m b   an d   r i ng   (T - R ) ,   an d   th u m b   an d   litt le  ( T - L ) .   T h class if ier   s o m etim es  m is clas s if ies  th m o v em en in to   wr o n g   m o v em en ts .   T h p o s t - p r o ce s s in g   t h at  is   co n d u cted   af ter   th class if icatio n   ca n   o v e r co m e   th is   is s u e.   m ajo r ity   v o te   [ 3 3 ]   is   o n o f   th p o s t - p r o ce s s in g   m et h o d s   th at  ca n   b u s ed   to   s m o o t h en   th class if icatio n   r esu lts .   I t   em p lo y s   th o u tp u t   f r o m   th p r esen s tate  an d   p r ev io u s   s tates  an d   p r o d u ce s   n ew  class if icatio n   r esu lt  b ase d   o n   th class   th at   ap p ea r s   m o s f r eq u en tl y .   T h is   p r o ce d u r p r o d u ce s   th f in g er   m o v e m en class   th at  r em o v es  f ak m is class if icatio n s .           Fig u r 3 .   T h p r o p o s ed   m y o el ec tr ic  p atter n   r ec o g n itio n       3 . 3 .     M y o elec t ric  no n - pa t er n r ec o g nitio n   T h m ain   co m p o n e n o f   MCS   is   th m y o elec tr ic  p atter n   r ec o g n itio n   ( M - PR ) .   Nev er th eless ,   t h MCS   also   co n s is ts   o f   th m y o elec t r ic  n o n - p atter n   r ec o g n itio n   ( M - non - PR )   to   d etec th s tr e n g th   o f   th in te n d ed   m o v em en t.  Ho wev e r ,   th M - n o n - PR   is   n o d is cu s s ed   in   th is   p ap er .   All  ex p er im en ts   co n s id er   th MV C .   T h   M - non - PR   s y s tem   h as  s im ilar   s tep s   as  th M - P R   ex ce p in   th class if icatio n   s tag e.   As  s e en   in   Fig u r 1 ,   t h e     M - non - PR   esti m ates  th s tr en g th   o f   th e   s ig n al   b y   g ettin g   th r o o t   m ea n   s q u a r ( R MS)   v al u es  o f   all  th e   E MG   ch an n els.  T h e n ,   th a v er ag o f   R MS  v alu es is   ca lcu lated   an d   s en t to   th p r o p o r tio n al  co n tr o ller .     3 . 4 .     P r o po rt io na co ntr o ller   I n   th is   p r o p o r tio n al  c o n tr o lle r ,   th c o n tr o l   s ig n al  f o r   th e   h an d   e x o s k eleto n   is   p r o p o r ti o n al  to   t h co n tr ac tio n   lev el  o f   th E MG   s ig n al.   I f   th in ten d ed   m o tio n   is   d etec ted ,   th en   th m o to r   co m m an d   is   s en to   th r o b o t.   T h e   am p litu d e   o f   th r o b o m o tio n   is   p r o p o r tio n al  t o   th c o n tr ac tio n   lev el  o f   t h E MG   s ig n al.   I f   th co n tr ac tio n   lev el   ex ce ed s   th MV C ,   th en   th MV C   will b u s ed   as th m o to r   c o m m an d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         I mp r o ve d   myo elec tr ic  p a tter n   r ec o g n itio n   o f fin g er mo ve men t u s in g   r ejec tio n . . .   ( K h a ir u l A n a m )   139   3 . 5 .     T he  ha nd   ex o s k elet o n   T h p r o p o s ed   MCS   was  ap p lied   to   t h h a n d   ex o s k eleto n   d e v elo p ed   in   o u r   p r e v io u s   wo r k   [ 3 4 ] .   T h e   h an d   ex o s k eleto n   is   ab le  to   f lex   f in g er s   ac tiv ely   at  th m etac ar p o p h alan g ea ( MCP )   jo in an d   p ass iv ely   at  th p r o x im al  i n ter p h ala n g ea l ( PIP )   an d   d is tal  in ter p h alan g ea l ( D I P)  jo in t.  T h Ar d u in o   m icr o c o n tr o ller   b o ar d   was  u s ed   to   d r iv th f iv lin ea r   DC   m o to r s   f o r   ac t u atin g   th e   h an d   e x o s k eleto n   as  d escr ib e d   in   Fig u r e   1   a n d     Fig u r 4 .   T h h a n d   e x o s k eleto n   d id   n o h a v an y   s en s o r s ,   n ei th er   f o r ce   n o r   an g le   s en s o r s .   T h h an d   ex o s k eleto n   m er ely   r elied   o n   th E MG   s en s o r s .           Fig u r 4 .   T h h a n d   ex o s k eleto n   u s ed   in   th e   ex p e r im en t       4.   RE SU L T   A ND  ANA L YS I S   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th r esu lt s   o f   o f f lin an d   o n lin ex p er im en ts .   Of f lin ex p er im en was  co n d u cte d   to   in v esti g ate  t h p er f o r m an c o f   th e   p r o p o s ed   MCS ,   in   p a r ticu lar   th e   m y o elec tr ic  p atter n   r ec o g n itio n   u s in g   R B F - ELM - R .   Me an wh ile,   o n lin ex p e r im en was  aim ed   at  ap p ly i n g   th p r o p o s ed   MCS   to   t h h an d   ex o s k eleto n .   T o   test   th p r o p o s ed   m eth o d ,   c o m p a r is o n   with   o th er   well - k n o wn   class if ier s   was a ls o   ca r r ied   o u t.     4 . 1 .         O f f lin e x perim ent   4 . 1 . 1 .   T he  perf rm a nce  o f   RB F - ELM - R   I n   th e   o f f lin ex p er im en t,   th p ap er   in v esti g ates  th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e   r ejec tio n   m ec h an is m   in     R B F - ELM - R   an d   its   im p licati o n   o n   t h p er f o r m a n ce   o f   th e   m y o elec tr ic  p atter n   r ec o g n itio n   s y s tem .   As  s ee n   in     T ab le 1   an d   2 ,   all  ex p er im e n ts   u s ed   s ix   ca teg o r i es  f r o m   1 0   class es.  E ac h   o f   th em   co n s is t s   o f   tr ain ed   an d   u n tr ain ed   class es  r an g in g   f r o m   5   an d   5   to   1 0   an d   0 ,   r esp ec t iv ely .   W h en   th M - PR   was   tr a in ed   u s in g   5   tr ain e d   class es  f o r   test in g   d ata,   th r e m ain in g   5   class es  wer u s ed   f o r   tr ain in g   d ata.   T h is   will  co n tin u f r o m   th f ir s ca teg o r y   to   th s ix th .   I n   ad d itio n ,   th r esh o ld   v al u v a r ied   f r o m   0 . 1   t o   1 . 0   with   in cr em e n t 0 . 1 .     Fu r th er m o r e ,   th is   p ap er   in v e s tig ates  th p er f o r m an ce   o f   th s y s tem   th at  u tili ze s   th e   r ejec tio n   m ec h an is m   an d   co m p ar es  it  w ith   th s y s tem   w ith o u t h r eje ctio n   m ec h a n is m .   Sin ce   th is   s tu d y   c o n d u cted   1 0   class es   in   wh i ch   ea ch   h as  tr ai n ed   an d   u n tr ai n ed   class es,  th r ee - f o ld   cr o s s   v alid atio n   was  u s ed .   T h is   m ea n s   th at   wh en   ab o u 3 0 o f   th d ata  is   u s ed   f o r   test in g ,   th r em ai n in g   is   f o r   tr ain in g .   Fig u r 5   an d   T ab le  1   p r esen t h ex p er im en tal  r esu lts .     Fig u r 5   a n d   T a b le  1   i n d icat th at  M - PR   with   s m all  th r esh o ld   v al u es  ac h iev ed   h ig h   ac cu r ac y .   I n   ad d itio n ,   th s y s tem   th at  is   tr ain ed   u s in g   5   class es  an d   th e n   test ed   u s in g   5   u n tr ain e d   cla s s es  ac h iev ed   p o o r   ac cu r ac y .   An o t h er   in ter esti n g   f ac p r o v id ed   in   T a b le  1   is   th at  th s y s tem   w i th o u r ejec tio n   m ec h an is m     ( R B F - E L M)   an d   with   r ejec tio n   m ec h an is m   ( R B F - ELM - R )   e x p er ien ce d   p o o r   p er f o r m an ce   wh en   th u n tr ain e d   class es   wer im p o s ed   in to   th s y s tem .   T h ac cu r ac y   o f   R B F - E L o n   1 0   tr ain ed   class es  was  8 7 %.  Ho wev er ,   th ac cu r ac y   d r o p p ed   t o   6 5 . 9 wh en   o n u n tr ain ed   class   was  in tr o d u ce d   to   th s y s tem   ( as  ca n   b n o ticed   in   th d ar k - g r a y   b ac k g r o u n d   in   T ab le  1 .   Fo r t u n ately ,   t h s y s tem   with   r ejec tio n   m ec h an is m   ( R B F - ELM - R )   co u l im p r o v th d r o p p ed   ac c u r ac y   o f   R B F - E L d u to   th ex is ten ce   o f   th u n tr ai n ed   class es  in   th test in g   s tag b y   ar o u n d   1 0 %,  wh e n   u s in g   t h r esh o ld   1 . 0 .   Similar   im p r o v em en also   o cc u r r e d   in   all  ca s es,  b u th en h a n ce m en t   b ec am less   b y   in cr ea s in g   t h n u m b er   o f   u n tr ain e d   class es in   th test in g .   I n   ad d itio n   to   T ab le  1 ,   T ab le  2   d escr ib e s   th ac cu r ac y   wh en   th r ejec tio n   m ec h an is m   is   co m b in ed   with   th m ajo r ity   v o te.   I s ee m s   th at  th m ajo r ity   v o te  d ec r ea s es  th ac cu r ac y   o f   th s y s te m   with   th r ejec tio n   m ec h an is m ,   esp ec ially   f o r   lo th r esh o ld   v alu es.  T h r ejec t io n   r ate  o f   th lo th r esh o ld   v alu is   h ig h   s o   th at  th m ajo r ity   v o te  d o es  n o h a v en o u g h   d ata  to   v o te  th co r r ec o u tp u ts .   T h e r ef o r e,   th m ajo r ity   v o te  is   n o t   ap p r o p r iate  to   b e   im p lem en ted   o n   th r ejec tio n - b ased   class if ier ,   esp ec ially   f o r   th lo th r es h o ld   v al u es.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 1 :    13 4   -   1 4 5   140   T ab le  1 .   T h ac cu r ac y   ac h iev e d   ac r o s s   eig h t su b jects u s in g   s ix - f o ld   c r o s s - v alid atio n   with o u t u s in g   th m ajo r ity   v o te   # c l a sse s   R e j e c t i o n   w i t h   t h r e s h o l d   ( a c c u r a c y   % )   N o   R e j e c t i o n   Tr a i n -   ed   Un -   t r a i n e d   0 . 1   0 . 2   0 . 3   0 . 4   0 . 5   0 . 6   0 . 7   0 . 8   0 . 9   1 . 0   5   5   7 1 . 0   6 0 . 1   4 9 . 3   4 3 . 8   3 8 . 1   34 .1   3 1 . 2   2 8 . 4   2 6 . 5   2 5 . 4   2 3 . 8   6   4   7 4 . 5   7 4 . 6   6 1 . 2   5 6 . 2   5 1 . 6   4 7 . 4   4 3 . 7   4 0 . 1   3 6 . 6   3 4 . 6   3 0 . 8   7   3   NA   8 7 . 7   7 5 . 4   6 8 . 5   6 3 . 7   5 8 . 6   5 5 . 0   5 1 . 2   4 7 . 6   4 4 . 7   3 9 . 5   8   2   NA   9 4 . 1   8 8 . 5   7 9 . 0   7 5 . 0   7 0 . 8   6 7 . 8   6 4 . 6   6 1 . 7   5 8 . 7   5 1 . 1   9   1   NA   9 7 . 8   9 5 . 4   8 9 . 1   8 5 . 9   8 4 . 8   8 3 . 4   8 1 . 2   7 8 . 5   7 5 . 9   6 5 . 9   10   0   NA   NA   9 9 . 6   9 9 . 0   9 8 . 6   9 8 . 4   9 8 . 1   9 7 . 4   9 6 . 2   9 4 . 6   8 7 . 0       T ab le  2 .   T h ac cu r ac y   ac h iev e d   ac r o s s   eig h t su b jects u s in g   s ix - f o ld   c r o s s - v alid atio n   u s in g   th m ajo r ity   v o te   # C l a ss e s   R e j e c t i o n   w i t h   t h r e s h o l d   ( a c c u r a c y   % )   No   R e j e c t i o n   Tr a i n e d   Un - t r a i n e d   0 .1   0 . 2   0 . 3   0 . 4   0 . 5   0 . 6   0 . 7   0 . 8   0 . 9   1 . 0     5   5   4 3 . 1   5 5 . 7   4 6 . 8   4 2 . 0   3 6 . 7   3 3 . 1   3 0 . 4   2 8 . 0   2 6 . 3   2 5 . 2   2 3 . 6   6   4   4 6 . 6   6 4 . 2   5 6 . 7   5 3 . 2   4 9 . 2   4 5 . 5   4 2 . 4   3 9 . 3   3 6 . 2   3 4 . 4   3 0 . 8   7   3   NA   6 2 . 0   6 7 . 2   6 3 . 5   6 0 . 1   5 6 . 0   5 3 . 1   5 0 . 1   4 7 . 2   4 4 . 7   4 0 . 1   8   2   NA   5 0 . 2   7 4 . 0   7 1 . 4   6 9 . 6   6 6 . 9   6 4 . 9   6 2 . 5   6 0 . 6   5 8 . 4   5 2 . 3   9   1   NA   5 9 . 1   7 0 . 7   7 7 . 7   7 8 . 4   7 9 . 3   7 9 . 2   7 8 . 1   7 6 . 5   7 5 . 2   6 8 . 1   10   0   NA   NA   6 3 . 2   8 1 . 6   8 7 . 6   9 0 . 5   9 2 . 1   9 2 . 7   9 3 . 0   9 2 . 9   9 0 . 5           Fig u r 5 .   Var iatio n   o f   r ejec tio n   th r esh o ld   o n   th s y s tem   p er f o r m an ce   with o u t m ajo r ity   v o t e       Fu r th er m o r e ,   Fig u r 5   i n d icat es  th at  th s m aller   th th r esh o ld   v alu is ,   th m o r ac cu r ate  th s y s tem   is .   Ho wev er ,   th e   r ejec tio n   r ate   o f   t h s y s tem   s h o u l d   b e   co n s i d er ed   p r o p er ly   t o   d eter m in th o p tim al  th r esh o ld   v alu an d   av o id   wr o n g   r ejec ti o n .   T ab le  3   ca n   b u s ed   to   f in d   th o p tim al  th r esh o l d   v alu f o r   ea ch   ca s e.   I n   t h ex p er im en th at  u s ed   5   tr ain e d   class es,  th p er ce n tag o f   th e   u n tr ain ed   d ata  is   7 5 %.  I im p lies   th at  th s y s tem   with   r ejec tio n   m ec h an is m   co u ld   r ejec t h o u tp u t   b y   a   r ejec t io n   r ate   ar o u n d   o r   less   th an   th i s   v alu e.   T h er ef o r e,   th r esh o ld   r a n g in g   0 . 2 - 0 . 4   ca n   b th o p tim al  s o lu tio n   f o r   th i s   ca s e.   Similar ly ,   if   th e   s am p r o ce d u r is   ap p lied ,   th g r ay   b ac k g r o u n d   in   T ab le  3   p r esen ts   th p o s s ib le  th r esh o ld   v alu es f o r   d if f e r en t c ases .   L o o k in g   at  T ab les  1   an d   2 ,   th d ata  p r esen ted   p r o v th at  th m o tio n   r ejec tio n   in   th m y o elec t r ic  co n tr o l   im p r o v es  th e   p er f o r m a n ce   o f   th s y s tem .   Fig u r e   6   s h o ws  d etailed   co m p ar is o n   b etwe e n   th two   s y s tem s ,     R B F - E L an d   R B F - ELM - R ,   o n   th 1 0 - class es  ex p er im en t.  T h f ig u r clea r ly   in d icate s   th a R B F - ELM - o u tp er f o r m s   R B F - E L o n   all  s u b jects  wit h o u ex ce p tio n .   R B F - E L attain ed   ac cu r ac y   o f   ar o u n d   9 0 wh ile   R B F - ELM - R   is   ar o u n d   9 2 %.   T h s u p e r io r ity   o f   R B F - ELM - R   o v er   R B F - E L is   m o r e   o b v io u s   wh en   o n e - way   ANOV tes is   co n d u cted .   B y   s ettin g   p   at  0 . 0 5 ,   th p - v alu was  0 . 0 3 4 ,   wh ic h   was  less   t h an   0 . 0 5 .   T h er ef o r e,   th en h an ce m en t m ad e   b y   R B F - ELM - R   is   s tat is tical ly   s ig n if ican t.       T ab le  3 .   T h r ejec tio n   r ate  o f   t h r esh o ld   ex p er im en ts   o n   eig h t   s u b jects u s in g   th r ee f o l d   cr o s s - v alid atio n   #   Tr a i n e d     c l a ss e s   U n t r a i n e d     c l a ss e s (%)   Th r e s h o l d   ( r e j e c t i o n   r a t e   %)   0 . 1   0 . 2   0 . 3   0 . 4   0 . 5   0 . 6   0 . 7   0 . 8   0 . 9   1 . 0   5   75   8 9 . 6   8 0 . 1   6 4 . 7   5 6 . 0   4 7 . 4   3 8 . 8   3 2 . 0   2 4 . 2   1 5 . 6   1 0 . 7   6   60   9 9 . 5   8 8 . 9   7 1 . 9   6 2 . 1   5 2 . 6   4 3 . 1   3 5 . 5   2 6 . 9   1 7 . 4   1 1 . 9   7   45   1 0 0   9 5 . 3   8 0 . 9   7 0 . 1   6 0 . 2   4 9 . 0   4 0 . 5   3 2 . 4   2 3 . 2   1 5 . 8   8   30   1 0 0   9 8 . 1   8 6 . 5   7 3 . 4   6 3 . 2   5 2 . 7   4 3 . 5   3 6 . 0   2 7 . 9   2 0 . 4   9   15   1 0 0   9 9 . 3   9 1 . 3   7 7 . 6   6 6 . 6   5 6 . 4   4 6 . 3   3 8 . 5   3 0 . 7   2 3 . 4   10   0 . 0   1 0 0   1 0 0   9 4 . 2   8 1 . 0   6 9 . 6   5 8 . 4   4 7 . 5   3 8 . 8   3 1 . 6   2 3 . 9       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         I mp r o ve d   myo elec tr ic  p a tter n   r ec o g n itio n   o f fin g er mo ve men t u s in g   r ejec tio n . . .   ( K h a ir u l A n a m )   141       Fig u r 6 .   Acc u r ac y   ac h iev ed   b y   R B F - E L an d   R B F - ELM - R   ( th r esh o ld   1 . 0 )   ac r o s s   eig h t s u b jects u s in g   th r ee f o ld   c r o s s - v alid atio n   u s in g   m ajo r ity   v o te       4 . 1 . 2 .   RB F - E L M - a nd   o t her  cla s s if iers   T h is   ex p er im en t   ex am in es  th e   p er f o r m an ce   o f   R B F - ELM - R   in   co m p ar is o n   with   ce r tain   w ell - k n o wn   class if ier s   s u ch   as  s u p p o r v ec to r   m ac h in e   ( SVM) ,   least - s q u ar e   SVM  ( L S - SVM) ,   lin ea r   d i s cr im in an an aly s is   ( L DA) ,   an d   k - n ea r est  n eig h b o r   ( k NN) .   T h ex p e r im en tal  r esu lts   ar d escr ib ed   in   Fig u r 7   an d   T ab le  4 .     Fig u r 7   s h o ws  th at  R B F - ELM - R   with   th r ejec tio n   th r esh o ld   1 . 0   attain ed   th b est  ac cu r ac y   o f   all  class if ier s   a cr o s s   d if f er en t   class   n u m b er s .   T h ac cu r ac y   o f   all  class if ier s   d ec r ea s ed   as  th n u m b er   o f   tr ain ed   class es  d ec r ea s ed   wh ile  th n u m b e r   o f   u n tr ain e d   class es  in cr ea s ed .   No   class if ier s   co u ld   co p with   th is   s itu atio n ,   in   p ar ticu lar   in   th e   5 - tr ain e d   class   ex p er im en t.           Fig u r 7 .   Acc u r ac y   o f   R B F - ELM - R   ( with   r ejec tio n   th r esh o l d   1 . 0 )   co m p ar ed     with   o th er   well - k n o wn   class if ier s         T ab le  4 .   Acc u r ac y   o f   th r ea l - t im ex p er im en u s in g   1 0   tr ain ed   class es u s in g   m ajo r ity   v o te   #   Tr a i n e d     C l a s ses   A c c u r a c y   ( %)   S V M   LS - S V M   L DA   k N N   RBF - EL M   RBF - EL M - R   5   2 3 . 3 6   2 3 . 4 3   2 3 . 5 3   2 3 . 5 9   2 3 . 6 4   2 5 . 2 0   6   3 0 . 4 2   3 0 . 3 1   3 0 . 7 7   3 0 . 9 0   3 0 . 8 4   3 4 . 4 0   7   3 9 . 2 6   3 9 . 0 6   3 9 . 8 2   3 9 . 9 5   4 0 . 0 7   4 4 . 7 0   8   5 1 . 3 5   5 1 . 5 4   5 1 . 7 1   5 2 . 1 6   5 2 . 2 6   5 8 . 4 0   9   6 6 . 8 5   6 7 . 0 6   6 7 . 2 0   6 7 . 8 4   6 8 . 0 7   7 5 . 2 0   10   8 8 . 2 6   8 8 . 5 2   8 8 . 9 9   9 0 . 0 3   9 0 . 4 6   92 . 9 0       T h is   is   th f ac o f   th r ea l - ti m ap p licatio n th n u m b er   o f   m o v em en ts   th at  ar n o in v o lv ed   in   th e   tr ain in g   s ec tio n   is   m u ch   lar g er   th an   th o s th at  ar p ar tici p atin g   in   th tr ain in g   s ec tio n .   T h ad v a n tag o f     R B F - ELM - R   is   h ig h lig h ted   in   th is   s itu ati o n .   B y   v ar y in g   th r ejec tio n   th r esh o ld ,   t h p er f o r m an ce   o f   th M - PR   ca n   b e   im p r o v ed .   L o o k in g   at   T ab le  1   in   t h ca s o f   th 5 - tr ain ed   class es  ( f ir s r o w) ,   if   th e   r ejec tio n   th r esh o ld   is   d ec r ea s ed   f r o m   1 . 0   t o   0 . 2 ,   t h ac cu r ac y   o f   R B F - E L ca n   b en h a n ce d   f r o m   2 5 . 4 % t o   6 0 . 1 %.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  19 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 1 :    13 4   -   1 4 5   142   4 . 2 .     O nli ne  ex perim ent   T h r esu lt  o f   th o f f lin e   ex p er im en ts   co n clu d es  th at  th s y s tem   with   r ejec tio n   m ec h an is m   co u ld   en h an ce   th e   class if icatio n   p er f o r m an ce ,   esp ec ially   wh en   th e   u n tr ain ed   m o v e m en ts   ar in tr o d u ce d   in   th test in g   s tag e.   I n   th is   e x p e r im en t,   th e   r esu lt  o f   th e   o f f lin class if icatio n   was  ap p lied   to   th e   r ea l - tim ap p licatio n   to   co n tr o t h h an d   ex o s k eleto n .   I n   th e   o n li n ex p er im en t,   an   a b le - b o d ie d   u s er   wo r e   th h an d   ex o s k eleto n   o n   th e   lef h an d .   O n   th r ig h h an d ,   th er wer two   E MG   s e n s o r s   p la ce d   o n   th e   f o r ea r m ,   as  s h o wn   i n   Fig u r e   8.   T h is   is   d o n s in ce   m a n y   p e o p le  m a y   s u f f er   f r o m   o n s id m o to r   f u n ctio n   d ef icien cy   o f   t h b o d y   ( h em ip ar esis ) .     Fig u r e   8   e x h ib its   th ex am p le  o f   th r ea l - tim ex p e r im en ts   o n   th h a n d   e x o s k eleto n   o n   th e   ab le - b o d ie d   s u b ject.   T h e   f ig u r o n ly   p r o v i d es  6   m o v e m en ts .   I n   th e   ex p e r im en t,  1 0   m o v e m en ts   wer e   te s ted   as  well.   I n   th is   ex p er im en t,   th s u b ject  p er f o r m ed   1 0   s u b s eq u en m o v em en t s   f r o m   t h th u m b ,   in d ex   f in g er   u n til  th h an d - cl o s e   m o v em en t.   T h d u r atio n   o f   ea ch   m o v e m en t is 5   s   with   r est   s tate  in   b etwe en   last in g   2 . 5   s .           Fig u r 8 .   An   ex am p le  o f   th e   o n lin ex p er im e n t o f   m y o elec tr ic  p atter n   r ec o g n itio n   with   m o tio n   r ejec tio n   o n   th ex o s k eleto n   h an d       T h er ar two   s ce n ar io s   in v o l v ed .   T h f ir s s ce n ar io   is   w h en   all  1 0   m o v em e n ts   ar in clu d ed   in   th e   tr ain in g   a n d   test in g   s ess io n s .   As  f o r   th e   s ec o n d   s ce n ar io ,   5   i n d iv id u al   m o v e m en ts   ar i n v o lv ed   in   th tr ain i n g   s ess io n .   Ho wev er ,   in   th e   test in g   s ess io n ,   th e   tr ain ed   s y s tem   is   test ed   with   1 0   f i n g er   m o v e m en ts 5   in d iv id u a f in g er s   an d   5   c o m b in e d   f i n g er s .   I n   a d d itio n ,   th e   s u b ject  r ep e ated   th ex p er im e n f o u r   tim e s .   T h p er f o r m an ce   o f   th s y s tem   is   p r esen ted   in   T ab le  5 .   T h ex p er im en t   r esu lts   in   T ab le  5   s h o th at   th e   av er a g ac c u r ac y   o f   th e   r ea l - tim e   ap p licat io n   ac r o s s   t h f o u r   tr ials   is   8 9 . 2 2 an d   8 9 . 7 2 u s in g   R B F - E L an d   R B F - ELM - R ,   r esp ec tiv ely .   I n   o n lin ex p er im en t,   th ex p e r im en o n   5   tr ain ed   c lass es  an d   u n tr ain e d   class es  was  also   co n d u cted .   T h e   r esu lts   ar p r esen ted   in   T ab le  5   ( o n   th e   r ig h t - h an d   s id e) .   T ab le   5   s h o ws  th at   t h r eje ctio n   m ec h a n is m   co u ld   m i n im ize  th p e r f o r m an ce   d eg r ad atio n   o f   th r ea l - tim m y o elec tr ic  p atter n   r ec o g n iti o n   ( M - PR ) .   T h M - PR   u s in g   R B F - ELM - R   co u ld   ac h iev th ac cu r ac y   o f   ab o u 8 0 % wh ile  th o n e   u s in g   R B F - E L attain ed   th ac c u r ac y   o f   ab o u 5 9 % .       T ab le  5 .   Acc u r ac y   o f   th r ea l - t im ex p er im en   Tr i a l s   1 0   Tr a i n e d   c l a sse s   5   Tr a i n e d   c l a ss e a n d   5   u n t r a i n e d   c l a s ses   RBF - EL M   RBF - EL M - R   RBF - EL M   RBF - EL M - R   1   8 9 . 0 6   9 0 . 4 6   5 9 . 3 8   8 2 . 0 1   2   8 9 . 4 5   8 9 . 7 5   6 0 . 5 5   7 9 . 0 7   3   9 0 . 2 3   9 0 . 0 6   6 0 . 2 9   8 1 . 4 5   4   8 8 . 1 5   8 8 . 6 4   5 8 . 33   7 8 . 3 5   M e a n   8 9 . 2 2   8 9 . 7 3   5 9 . 6 4   8 0 . 2 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         I mp r o ve d   myo elec tr ic  p a tter n   r ec o g n itio n   o f fin g er mo ve men t u s in g   r ejec tio n . . .   ( K h a ir u l A n a m )   143   T h tim in g   d ia g r am   o f   th o n l in ex p er im e n o n   5   tr ain ed   class es  an d   u n tr ain ed   class es  is   p r esen ted   in   Fig u r 9 .   T h f ig u r p r esen ts   th o u tp u ts   o f   m y o elec tr ic  p atter n   r ec o g n itio n   u s in g   th r ee   d if f er en s ce n ar io s .   T h e   f ir s s ce n ar io   is   th o u tp u o f   R B F - E L M,   i.e .   th e   s y s tem   th at  d o es  n o u s th r ejec tio n   m ec h an is m .   I is   s h o wn   in   th f ig u r e   b y   th e   letter   A.   T h s ec o n d   s ce n a r io   is   t h o u tp u o f   R B F - ELM - R   wit h   r ejec tio n   th r esh o ld   0 . 3 ,   wh ich   is   s h o wn   b y   th e   letter   B   in   t h f ig u r e.   T h last   s ce n ar io ,   wh ich   is   s h o wn   b y   th l etter   C ,   is   th o u tp u o f   R B F - ELM - R   with   r ejec tio n   th r esh o ld   0 . 3 ,   b u it  em p lo y ed   d if f er e n co n ce p ts   o f   “n o   m o tio n   f r o m   th p r ev io u s   R B F - ELM - R.   T h r e jectio n   m o tio n   in   R B F - ELM - R   co u ld   b e   a p p lied   in   two   wa y s   d ep en d in g   o n   th e   im p lem en tatio n   o f   n o   m o tio n . ”  First,  “n o   m o tio n   m ea n s   th at  th o u tp u t   o f   th s y s tem   was  r est  s tate.   T h er ef o r e,   wh en ev er   th s y s tem   r ejec ts   m o tio n ,   th s y s te m   f o r ce d   th o u t p u to   th r est  s tate  b y   n eg lectin g   th cu r r e n m o v em en t .   As  r e s u lt,  th o u t p u ch a n g ed   f r o m   o n s tate  to   a   r est  s tate  b ac k   a n d   f o r th   f r eq u en tly ,   as  s h o wn   in   Fig u r 9 ,   p ar B .   Un f o r tu n ately ,   th is   ac tio n   will  b in c o n v e n ien f o r   t h e   u s er s .   T h e   s ec o n d   im p lem en tatio n   o f   n o   m o tio n ”  was  th at,   in s tea d   o f   th r est  s tate,   th o u tp u was  th last   m o v em en p r o d u ce d   b ef o r th im p lem en tatio n   o f   t h r ejec tio n   m ec h a n is m .   T h is   s ce n ar io   p r o d u ce d   s m o o th er   o u tp u th an   th f ir s s ce n ar io ,   as  s h o w n   in   Fig u r e   9 ,   p ar t   C .   Fo r   th is   r ea s o n ,   th e   s ec o n d   s ce n ar io   was  a   g o o d   ch o ice  f o r   co n tr o llin g   th h an d   e x o s k eleto n .   Ho wev er ,   th er e   is   d r awb ac k   wh en   u s in g   th e   p r ev i o u s   s tate  as  “n o   m o tio n . ”  W h en   th e   p r ev io u s   s tate  is   th wr o n g   m o v em en t,   th en   t h “n o   m o ti o n ”  p r o d u ce s   th wr o n g   m o v em en as  well.   Fo r   ex am p le,   s ee   Fig u r 9 ,   p a r C ,   th th u mb - in d ex   f in g e r   m o v e m en ( T I )   is   m o tio n   th at  was  n o in clu d ed   in   t h e   tr ain in g   s tag e.   W h en   it  is   im p o s ed   o n   th s y s tem ,   th s y s tem   o u tp u ts   th L   m o v e m en t.  I n   f a ct,   th co r r ec o u tp u s h o u ld   b n o   m o v em e n t.           Fig u r 9 .   R ea l - tim ex p e r i m en t r esu lts   o v er   tim u s in g   th r esh o ld   0 . 3   u s in g   5   tr ain e d   class es    an d   5   u n tr ain e d   class es       4 . 3 .     L im it a t io n o f   t he  w o rk   T h wo r k   in   th is   p ap er   h as  s o m lim itatio n s .   First,  th ex p er im en ts   co n d u cted   in   th is   p ap e r   wo r k ed   o n   th m o v em e n at  MV C .   Actu ally ,   th n o n - p atter n   r ec o g n it io n   m eth o d   h as  b ee n   d e v elo p ed   to   m ea s u r e   th e   co n tr ac tio n   lev el  o f   th E MG   s ig n al.   Ho wev er ,   it  was  n o d i s cu s s ed   in   d etail.   I n   f u tu r ex p er im en ts ,   d if f e r en t   lev els  o f   co n tr ac tio n   o f   th m o v em en ts   s h o u ld   b co n s id er e d   to   test   th r eliab ilit y   o f   th p r o p o s ed   s y s tem   in   th r ea ap p licatio n .   T h s ec o n d   lim itatio n   o f   th is   wo r k   is   th f ac th at  th ex o s k eleto n   u s e d   in   th ex p e r im en t   s im p ly   r elies  o n   th E MG   s en s o r   with o u an y   p h y s ical  s en s o r s .   T h is   s itu atio n   is   n o t g o o d   f o r   th e   u s er s   s af ety   b ec au s th E MG   s ig n al  i s   d y n am ic  an d   ea s y   to   ch an g d u e   to   s m all  m o v em en ts .   T h er ef o r e,   p h y s ical  s en s o r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.