I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b er   20 25 ,   p p .   5 3 1 4 ~ 5 3 2 6   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 6 . pp 5 3 1 4 - 5 3 2 6           5314       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Enha nced  a nkle  p hy sio therapy  robo with   elec tromy o g ra phy   - trigg ered ankle  velo city con trol       Dim a s   Adip utr a 1, 2 ,   Ra dithy a   Anj a Nis m a ra 1 ,   M uh a m ma d Ra f li Ra m a dh a n L ub is 1 ,   N ur  Alif f a Rizk ia nin g t y a s 1 ,   K ens o ra   B inta ng   P a nji  Sa t rio 1 ,   R a ng g a   Ro o s pra t a ma   Arif 1 ,   Anni s a   Sa ls a bil a 2   1 M O S H EE  C e n t e r   o f   E x c e l l e n c e ,   T e l k o m   U n i v e r si t y   S u r a b a y a S u r a b a y a ,   I n d o n e s i a   2 El e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   S c h o o l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   Te l k o m U n i v e r s i t y ,   B a n d u n g ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   2 9 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   1 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   1 6 ,   2 0 2 5       P re v io u a n k le  p h y sio t h e ra p y   r o b o ts,  c a ll e d   p ico b o re l y   o n   p re d e fin e d   traje c to ries   c o n ti n u o u s   p a ss iv e   m o v e m e n wi th o u t   c o n si d e rin g   p a ti e n i n ten t,   li m it in g   th e   e n c o u ra g e m e n o u s e r - in ten m o t io n .   T h is  stu d y   t h e n   in teg ra tes   e lec tro m y o g ra p h y   (E M G sig n a l a tri g g e rs  i n t o   p ico b o t   wit h   a n   a n k le   v e lo c it y - b a se d   c o n tro s y ste m .   T h e   u p g ra d e d   r o b o a c ti v a tes   m o v e m e n in   sp e c ifi c   g a it   p h a se b a se d   o n   m u s c le  a c ti v it y ,   s y n c h r o n izin g   t h e ra p y   wit h   th e   p a ti e n t’s  i n ten t .   F u n c ti o n a li ty   t e st  o n   7   y o u n g   m a le  h e a lt h y   su b jec ts   in v e stig a tes   leg   m u sc les ,   s u c h   a Ti b ialis  An terio r,   S o leu s,  a n d   G a stro c n e m iu m u sc les   fo th e   m o st  sig n ifi c a n tl y   c o n tr ib u te   to   a n k le  m o v e m e n ts.  T h e n ,   th e   m u sc le  is  tes ted   t o   tri g g e r   p ico b o m o v e m e n ts.   F u n c ti o n a li t y   tes ts  re v e a led   t h e   Ti b ialis  m u sc le  si g n ifi c a n tl y   c o n tri b u tes   to   g a it   p h a se 2 ,   t h e   S o leu is   p r o m in e n in   p h a se 3   a n d   4 ,   a n d   g a str o c n e m iu s   is  a c ti v e   o n   p h a se   1 .   Th e   r o b o su c c e ss fu ll y   p e rfo rm p lan tarfle x io n   w h e n   EM G   sig n a ls  e x c e e d   a   1 . 5 8   V   th re sh o ld ,   re a c h in g   a   targ e t   p o siti o n   o - 0 . 1 1   ra d   a a   c o n sta n v e l o c it y   o f   - 0 . 6 2   ra d /s.  T h e se   fin d i n g e sta b li sh   a   fo u n d a ti o n   f o f u t u re   tri a ls  si n c e   p a ti e n tes ti n g   h a n o t   y e t   b e e n   c o n d u c ted .   By   p ro m o ti n g   a c ti v e   p a rti c i p a ti o n ,   t h is  in n o v a ti o n   h a th e   p o ten ti a to   e n h a n c e   re h a b il it a ti o n   o u tco m e s.  In c o rp o ra ti n g   u se r - i n ten tri g g e rs  m a y   a c c e ler a te  re c o v e ry   a n d   imp r o v e   h e a lt h c a re   a c c e ss ib il it y   in   In d o n e sia ,   o ffe rin g   a   sig n ifi c a n a d v a n c e m e n in   p h y sio t h e ra p y   tec h n o lo g ies .   K ey w o r d s :   C o n tr o l a lg o r ith m   E lectr o m y o g r ap h y   Mu s cle  ac tiv ity   Ph y s io th er ap y   r o b o t   Stro k r eh a b ilit atio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Dim as Ad ip u tr a   MO SHEE   C en ter   o f   E x ce llen ce ,   Su r ab ay C am p u s ,   T elk o m   Un iv er s ity   Ketin tan g   Stre et   1 5 6 ,   Gay u n g an ,   Su r ab a y a   6 0 2 3 1 ,   I n d o n esi a   E m ail:  d im asze@ telk o m u n iv e r s ity . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   lin with   th Un ited   Natio n s '   s u s tain ab le  d ev elo p m en g o al  ( SDG)   3 ,   wh ich   f o cu s es  o n   en s u r in g   h ea lth y   liv es  an d   p r o m o tin g   well - b ein g   f o r   all  ag es,  h ea lth ca r ad v an ce m e n ts   ar cr u cial,   esp ec ially   in   d ev elo p in g   co u n tr ies  lik I n d o n esia.  s ig n if ican p a r o f   SDG  3 s   im p lem en tatio n   i n   I n d o n esia  lies   in   im p r o v in g   h ea lth ca r tech n o lo g ies,  p ar ticu lar ly   f o r   n o n - co m m u n ica b le  d is ea s es  s u ch   as  s tr o k e,   wh ich   r em ain s   lead in g   ca u s o f   d i s ab ilit y .   W ith   g r o win g   p o p u latio n   o f   s tr o k e   s u r v iv o r s   in   n ee d   o f   lo n g - ter m   r eh ab ilit atio n   [ 1 ] ,   th d ev el o p m en o f   h o m eg r o wn   p h y s io th er ap y   an d   r eh a b ilit atio n   tech n o lo g ies  b ec o m es  im p er ativ e.   T h is   is   esp ec ially   r elev an t   as  p h y s io th er ap y   p l ay s   v ital  r o le  in   r esto r in g   m o b ilit y   f o r   s tr o k e   p atien ts   [ 2 ] .   Hav in g   l o ca lly   d ev elo p e d   h ea lth ca r s o l u tio n s ,   s u ch   as  lo wer - lim b   r e h ab ilit atio n   r o b o ts ,   ca n   p r o v id e   m o r e   af f o r d ab le  a n d   a cc ess ib le  ca r to   th I n d o n esian   p o p u latio n .   On o f   th e   m o s p r o m is in g   ar ea s   in   r eh ab ilit atio n   tec h n o lo g y   is   th d e v elo p m e n o f   l o wer - lim b   ex o s k eleto n s ,   wh ich   h a v a d v an ce d   s ig n if ican tly   o v er   t h y ea r s .   T h ese  d e v ices  ar e   d esig n ed   to   ass is t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   a n kle  p h ysio th era p r o b o t wi th   elec tr o myo g r a p h y - tr ig g ered   …  ( Dima s   A d ip u t r a )   5315   in d iv id u als  with   im p air ed   m o b ilit y ,   esp ec ially   th o s r ec o v er in g   f r o m   c o n d itio n s   lik s tr o k e,   s p in al   co r d   in ju r ies,  o r   d e g en er ativ e   d is ea s es.  I n itially ,   ex o s k eleto n s   p r o v id ed   p ass iv ass is tan ce   b y   g u i d in g   lim b s   th r o u g h   p r ed e f in ed   m o tio n s   [ 3 ] ,   b u m o r r ec e n in n o v ati o n s   h av en ab led   ac tiv e,   p atien t - r esp o n s iv s y s tem s   [ 4 ] .   T h e   f o c u s   h as  s h if te d   to w ar d s   in teg r atin g   m o r e   s o p h is ti ca ted   co n tr o s y s tem s   th at  all o th ex o s k eleto n   to   r esp o n d   d y n am ically   to   t h e   u s er s   n ee d s .   T h is   h as  t h p o ten tial  to   m a k r e h ab ilit atio n   m o r ef f ec tiv b y   s y n ch r o n izi n g   th r o b o t’ s   ac tio n s   with   th p atien t’ s   ac tu al  m u s cle  ac tiv ity   an d   r ec o v er y   p r o g r ess   [ 5 ] .   T h d ev elo p m en o f   lo wer - li m b   ex o s k eleto n s   u tili zin g   elec tr o m y o g r ap h y   ( E MG )   f o r   m o t io n   co n tr o l   h as  g ain ed   s u b s tan tial  atten ti o n   in   r ec e n y ea r s .   E MG - c o n tr o lled   ex o s k eleto n s   u s elec tr ical  s ig n als  f r o m   m u s cles  to   tr ig g er   m o v em en t,  m ak in g   th e m   m o r i n tu itiv an d   r esp o n s iv [ 6 ] .   T h es s y s tem s   ty p ically   in v o lv s ev er al  co m p o n en ts :   s u r f ac E MG   s en s o r s   d etec elec tr ical  m u s cle  ac tiv ity ,   co n tr o alg o r it h m s   p r o ce s s   th E MG   s ig n als  to   i n ter p r et  u s er   in ten t,  an d   ac tu a tio n   s y s tem s   ex ec u te  th d esir ed   m o v em en ts   [ 7 ] T h is   s etu p   allo ws  th ex o s k eleto n   to   ad ap its   m o tio n   b ased   o n   th u s er s   m u s cle  en g a g em en t,  im p r o v in g   b o th   ass is tan ce   an d   r eh ab ilit at io n   o u tco m es.  T h in tu itiv e   n atu r o f   th is   in ter ac tio n   is   p ar ticu lar ly   b en e f icial  f o r   p atien ts   with   m o b ilit y   im p air m en ts ,   as  it  allo ws  th em   to   ac tiv ely   p ar ticip ate  i n   th eir   th er ap y   b y   tr i g g er in g   m o v em en ts   th em s elv es.   K e y   a d v a n c e m e n ts   i n   E M G - t r i g g e r e d   e x o s k e le t o n s   h a v e   d e m o n s t r a t e d   t h e i r   p o t e n t i a i n   s t r o k r e h a b i l i t at i o n   a n d   m o b i l i t y   a s s is t a n c e .   O n e   n o t a b l e   p r o j e c t   is   th e   A L E X O   e x o s k e l et o n ,   w h i c h   f o c u s e s   o n   a c t i v e   l o w e r   l i m b   s u p p o r t   f o r   w a l k i n g   a s s i s t a n c e .   B y   i n t e g r a ti n g   s o p h i s t i ca t e d   c o n t r o l   a r c h i t e ct u r e s ,   A L E X O   e m p l o y s   t r a j e c t o r y   c o n t r o l   m et h o d s   t h a t   e n a b l s m o o t h e r ,   m o r e   e f f i c i e n p h y s i c al   a ct i v it y   [ 8 ] .   A n o t h e r   s i g n i f i c a n i n n o v a t i o n   i s   t h e   f l e x i b l e   j o i n e x o s k e l e t o n ,   d e s i g n e d   t o   i m p r o v e   p a t i e n t   c o m f o r t   d u r i n g   p a s s i v e   r e h a b i l i ta t i o n .   T h i s   e x o s k e l e t o n   i n t e g r a t es   b o t h   E M G   a n d   b a r o p o d o m e t r i c   s e n s o r s   t o   a ll o w   c o n t r o l l e d   m o v e m e n t s   wi t h o u r e q u i r i n g   a c t i v e   e x e r ti o n   f r o m   t h e   p a t i e n t   [ 9 ] .   T h es e   a d v a n ce m e n t s   r e p r es e n t   a   s i g n i f i ca n s h i f t   f r o m   p a s s i v e x o s k e l e t o n s   t o w a r d s   s y s t e m s   th a t   a l l o w   m o r e   p r e ci s e ,   a d a p t i v e   i n t e r a c ti o n s   b as e d   o n   r e a l - t i m e   m u s c u l a r   i n p u t .   Sev er al  s tu d ies  h av also   e x p l o r ed   th e   u s o f   s u r f ac e   E MG   ( s E MG ) - b ased   s tr en g th   e n h an c er s .   T h ese  p r o to ty p es  u s s E MG   s ig n als   to   en h an ce   leg   s tr en g th   d u r i n g   walk in g   o r   o th e r   ac tiv ities ,   co m b in in g   E MG   with   f lex   s en s o r s   to   im p r o v co n tr o r esp o n s iv en ess   [ 7 ] .   On p r o m is in g   d e v elo p m e n in v o lv es  ad ap tin g   g ai t   p atter n s   u s in g   E MG   s ig n als  f r o m   th e   th ig h   m u s cles,  allo win g   u s er s   to   ad j u s th eir   walk in g   p atter n s   d y n am ically .   T h is   ad ap tatio n   im p r o v es  b o th   m o b ilit y   an d   c o m f o r f o r   in d iv id u als,  p ar ticu lar ly   in   d y n am ic  o r   u n p r e d ictab le  en v ir o n m en ts   [ 1 0 ] .   Desp ite  th ese  ad v an ce m en ts ,   k ey   ch allen g es  r em ain .   Sig n al  n o is an d   v ar iab ilit y   ar e   p r im a r y   o b s tacle s   in   th d ev elo p m en o f   u n iv er s ally   ap p licab le  c o n tr o l   alg o r ith m s   [ 1 1 ] .   E M G   s ig n als  ca n   b e   af f e cted   b y   m u s cle  f atig u e,   s k in   im p e d an ce ,   an d   o th er   ex ter n al   f ac to r s ,   m a k in g   it   d if f ic u lt  to   co n s is ten tly   d etec ac cu r ate  s ig n als.  Ad d itio n ally ,   u s er   in t en tio n   d etec tio n   r e m ain s   co m p lex   p r o b lem ,   as   in ter p r etin g   p r ec is m o v em e n ts   f r o m   E MG   s ig n als  in   r e al - tim ca n   b e   d if f ic u lt,  p ar ti cu lar ly   in   d y n am ic   en v ir o n m en ts   wh er r a p id   ad j u s tm en ts   ar n ec ess ar y   [ 1 2 ] .   E n s u r in g   th at  e x o s k eleto n s   r em ain   co m f o r tab le  f o r   ex ten d ed   p er io d s   an d   in teg r atin g   th em   ef f ec tiv el y   with   h u m an   b i o m ec h an ics  is   also   a n   o n g o in g   c h allen g e ,   r eq u ir in g   f u r th er   r e f in em en t in   co n tr o l stra teg ies an d   m ec h an ical  d esig n .   B u ild in g   o n   th ese  a d v an ce m e n ts ,   th r esear c h   aim s   t o   ad d r e s s   th ex is tin g   ch allen g es  b y   d ev elo p in g   n o v el   E MG - tr ig g e r ed   a n k le   p h y s io th e r ap y   r o b o t.  U n lik p r ev io u s   E MG - b ased   s y s tem s   wh er th e   m o tio n   tr ajec to r y   [ 1 3 ]   o r   to r q u [ 1 4 ]   is   p r o p o r tio n al  to   th e   E MG   s ig n al’ s   am p litu d e,   o u r   ap p r o ac h   u tili ze s   E MG   s o lely   as  tr ig g er   f o r   s p ec if ic  m o tio n s   wh ich   a r b ased   o n   an k le  v elo city   c o n tr o l   [ 1 5 ] [ 1 7 ] .   T h is   n o v e l   ap p r o ac h   s im p lifie s   th co n tr o alg o r ith m   b y   u s in g   m u s cle  ac tiv atio n   to   in itiate  m o tio n ,   r at h er   th a n   attem p tin g   to   d ir ec tly   s ca le  th in ten s ity   o f   m o v em en t w ith   t h E MG   s ig n al.   T h r ee   E MG   s ig n als,  wh ich   co m f r o m   So leu s ,   T ib ialis   An ter io r ,   an d   Gastro cn em i u s ,   ar in v e s tig ated   in   f o u r   s p ec if ic  p h ase s   o f   th g ait  cy cle:   i )   in itial  co n tact  to   f o o f lat,   ii )   f o o f lat  to   h ee l   o f f ,   iii )   h ee o f f   to   t o o f f ,   an d   iv )   th s win g   p h ase.   T h m o s t   s ig n if ican m u s cle  will  co r r esp o n d   to   tr ig g er   an k le  m o v em e n at  th at   p h ase.   B y   f o c u s in g   o n   th e   ac tiv atio n   o f   m u s cles  in   s p ec if ic   g ait  p h ases ,   th is   s y s tem   en h a n ce s   th e   r o b o t’ s   r esp o n s iv en ess   an d   r e d u ce s   th co m p lex it y   in v o lv ed   in   in ter p r etin g   E MG   d ata.         2.   M E T H O D   T h s tu d y   is   m ain ly   d iv id e d   in to   two   m ain   wo r k s ,   wh ich   ar c o n tr ib u tin g   m u s cle  s tu d y   a n d   im p lem en tatio n   o n   p r e v io u s ly   d ev elo p ed   p h y s io th er ap y   an k le  r o b o [ 1 5 ] [ 1 8 ] .   T h e   s tu d y   tar g ets  to   o b s er v e   th m u s cle  ac tiv ity   o f   So leu s ,   T ib ialis   An ter io r ,   an d   Gastro cn em iu s   m u s cle  in   f o u r   g ait  p h ases ,   as  s h o wn   in   Fig u r e   1 .   E ac h   p h ase  h as  d i f f er en f le x io n   o r   m o v em e n t,   wh er ea ch   an k le  v elo city   r ef er en ce   h as  b ee n   in v esti g ated   in   th p r ev io u s   r e s ea r ch   [ 1 7 ] [ 1 9 ] .   Fo r   i n s tan ce ,   in   p h ase  o n f r o m   in itial  co n tact  to   f o o f lat,   th e   an k le  m ain ly   m o v ed   in   th p lan tar f lex io n   d ir ec tio n   wh ile  t h an k le   m ain ly   m o v e d   in   d o r s al  d ir ec tio n   d u r in g   p h ase  two .   Dif f er en m o v em en ts   r eq u ir d if f er en m u s cle  ac tiv atio n   an d   t h er will  b o n m u s cle  th at   s ig n if ican tly   co n tr ib u tes  to   th at  ce r tain   m o v em en t.  T h er ef o r e,   th is   r esear ch   in v esti g ates  wh ich   o f   th th r ee   m u s cles sig n if ican tly   co n tr ib u tes to   an k le  m o v e m en t in   ea c h   g ait  p h ase.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 3 1 4 - 5 3 2 6   5316         Fig u r 1 .   T h g o al  o f   th e   r esear ch   is   to   in v esti g ate  co n t r ib u ti n g   m u s cle  to   a n k le  m o v em en in   f o u r   g ait  p h ases       T h s etu p   is   s h o wn   in   Fig u r e   2 ,   wh ich   m ai n ly   co n s is ts   o f   e lectr o m y o g r ap h y   ( E MG )   s en s o r s   an d   f o o in s o le  s en s o r s .   T h Gr o v E MG   s en s o r   is   o n ch an n el  s en s o r   th at  am p lifie s   th d if f er en ce   b etwe en   s u r f ac e   E MG   o f   th m u s cle  ce n ter   an d   ed g ac tiv atio n .   T h r ee   elec t r o d es  ar p lace d   o n   m u s cle  c en ter ,   m u s cle  ed g e,   an d   b o n es  ( as  r ef er e n ce ) .   T h e   lo ca tio n   is   b ased   o n   r ec o m m en d atio n   f r o m   SENI AM   g u id elin [ 2 0 ] .   B ef o r e   p lacin g   th elec tr o d es,  th s k in   is   s h av ed   to   r ed u ce   th s ig n al  n o is [ 2 1 ] .   Her e ,   th o u tp u is   n o o n ly   b ein g   am p lifie d ,   b u also   b ein g   r ec tifie d .   As  r esu lt,  th s en s o r   o u tp u is   s ig n al  th at  is   alwa y s   p o s itiv an d   r ea d ab le  u n lik th r aw  E M s ig n al.   T h is   s en s o r   f ea tu r e s   ea s th m u s cle  ac tiv ity   m ea s u r em en f o r   th is   r esear ch .   Up o n   p lacin g   th s e n s o r ,   th r ea d in g   was  ch ec k ed   b y   ask in g   th s u b ject  t o   p er f o r m   d o r s if lex io n   a n d   p lan tar f lex io n   d elib er ately .   I f   t h s ig n al  is   u n r ea d a b le,   th en   th p lace m en t is f ix e d   u n til it i s   r ea d ab le.           Fig u r 2 .   C o n tr i b u tin g   m u s cle  m ea s u r em en ts   s et  u p       T h f o o i n s o le  s en s o r s   b u ild   f r o m   f o r ce   s en s in g   r esis to r s   ( FS R ) ,   wh ich   h as   its   r esis tan ce   lo wer ed   u n d er   p r ess u r d u e   to   f o o co n tact   [ 2 2 ] [ 2 3 ] .   Simp le   v o ltag d iv i d er   cir c u it  is   u s ed   to   en a b le  v o ltag e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   a n kle  p h ysio th era p r o b o t wi th   elec tr o myo g r a p h y - tr ig g ered   …  ( Dima s   A d ip u t r a )   5317   m ea s u r em en u s in g   a n alo g   in p u o f   A r d u in o   UNO.   I f   t h FS R   r esi s tan ce   d ec r ea s es,  th en   th v o ltag o n   th 1 0 k   Oh m   r esis to r   will  in cr ea s e.   T h is   v al u is   co n v er te d   in to   d ig ital  v al u wh e r v o ltag h ig h er   th a n   0 . 1   is   co n s id er ed   as  tr u an d   f alse  o t h er wis e.   T h f o o in s o le  s en s o r s   ar g r o u p e d   in to   h ee s en s o r s   an d   to s en s o r s .   T h r ee   FS R s   ar ar r an g ed   in   p ar allel  o n   th to an d   a n o th er   th r ee   FS R s   o n   th h ee in   p ar allel  co n f ig u r atio n   also .   Usi n g   th is   co n f ig u r atio n   o f   f o o t in s o le  s en s o r s ,   th g ait  ca n   b class if ied   in to   f o u r   p h a s es.   Fo u r   g ait  p h ases   class if icatio n   is   n o th o n ly   g ait  class if icatio n .   C o m m o n   class if icati o n   m o d els   r an g f r o m   s im p le  two - p h ase  s y s tem s s tan ce   ( f o o t   o n   th g r o u n d )   an d   s win g   ( f o o t   o f f   t h g r o u n d )   [ 2 4 ] to   m o r d etailed   s ix - p h ase  m o d e ls ,   wh ich   in clu d s u b - p h ases   l ik in itial  s win g ,   m id - s win g ,   an d   ter m in al  s win g   [ 2 5 ] .   T h r ee - p h ase  m o d els  f u r th er   r ef in s tan ce   p h ases   in to   in itial  co n tact,   m id - s tan ce ,   a n d   ter m in al  s tan ce   [ 2 6 ] ,   wh ile  f iv e - p h ase  m o d els   ad d   lo ad in g   r esp o n s an d   p r e - s win g   p h ases   f o r   g r ea ter   g r a n u lar ity   [ 2 7 ] .   T h ese  class if icatio n s   p r o v id v alu ab le  in s ig h ts   in to   g ait  m ec h an ic s   b u o f ten   r eq u ir c o m p lex   m eth o d o l o g ies,  s u ch   as in er tial sen s o r s   o r   m ac h in lear n in g ,   f o r   p r ec is d etec tio n   [ 2 8 ] .   f o u r - p h ase   class if icatio n   b a s ed   o n   h ee a n d   to c o n tact  o f f er s   s im p lifie d   y et  ef f ec tiv a lter n ativ e,   p ar ticu lar ly   wh en   u s in g   FS R s   [ 2 2 ] .   T h p h ases   in clu d in it ial  co n tact  ( h ee s tr ik e) ,   in itiatin g   p lan tar f lex io n lo ad in g   r esp o n s ( f lat  f o o t) ,   m ar k ed   b y   d o r s if lex i o n   as  weig h s h if ts   f o r war d ter m i n al  s tan ce   ( h ee l   o f f ) ,   with   p lan tar f lex io n   f o r   p r o p u ls io n an d   p r e - s win g   ( to o f f ) ,   tr a n s itio n in g   t o   d o r s if lex io n   f o r   g r o u n d   clea r an ce   [ 2 9 ] T h is   m o d el  alig n s   with   n atu r al  an k le  m o tio n   p atter n s   an d   is   co s t - ef f ec tiv a n d   p r ac t ical  f o r   r ea l - tim e   ap p licatio n s .   I is   esp ec iall y   s u ited   f o r   r o b o tic  r eh a b ilit atio n   d ev ices,  s u ch   as  p ico b o t,  en a b lin g   s y n ch r o n izatio n   with   u s er   in ten an d   f ac ilit atin g   m o b ilit y   ass es s m en ts   in   clin ical  an d   r esear ch   s ettin g s .   T ab le  1 .   s h o ws th f o u r   g ait  p h ases   class if icatio n   ac co r d in g   to   th h ee l a n d   to c o n tact.       T ab le  1 .   Fo u r   g ait  p h ases   class if icatio n   ac co r d i n g   to   f o o t c o n tact    P h a se   H e e l   c o n t a c t   To e   c o n t a c t   1   1   0   2   1   1   3   0   1   4   0   0   1 ,   f o o t   i i n   c o n t a c t   w i t h   g r o u n d ;     0 ,   f o o t   i n o t   i n   c o n t a c t   w i t h   g r o u n d         T h r esear ch   th e n   r ec r u its   s ev en   h ea lth y   y o u n g   m ales,  wh ich   is   2 1   y ea r s   o ld   with o u an y   g ait  im p air m en a n d   m u s cle  p ar al y s is   to   p ar ticip ate  in   t h s tu d y   o f   co n tr i b u tin g   m u s cle  in v e s tig atio n .   T h er e   ar e   th r ee   s ess io n s   o f   d ata  c o llectio n .   I n   ea ch   s ess io n   th e   s u b je ct  u s ed   th e   s am d ata  co llecti o n   in s tr u m en t,   b u t   d if f er en m u s cles  ar m ea s u r ed   in   ea ch   s ess io n .   On m u s cle  ac tiv ity   is   m ea s u r ed   at  a   tim to   r ed u ce   th e   p o s s ib ilit y   o f   n o is d u t o   ju m b lin g   ca b les  f r o m   th r ee   c h an n els  o f   E MG .   T h s u b ject  h ad   to   walk   o n   a   tr ea d m ill  to   p er f o r m   n o r m al  walk in g   at  th eir   p r ef er r e d   s p ee d .   I n itially ,   th s tar tin g   s p ee d   was  2   k m /H.   I f   th s u b ject  f ee ls   d is co m f o r an d   i ca u s es  th em   to   walk   d if f er e n tly   th an   u s u al,   th en   th t r ea d m ill  s p ee d   ca n   b e   in cr ea s ed   o r   d ec r ea s ed   ac co r d in g ly .   W alk in g   d if f er e n tly   m i g h alter   th E MG   m ea s u r em en t.  T h er ef o r e,   th d ata  co llectio n   is   o n ly   s tar ted   af ter   th e   p r e f er r ed   s p ee d   is   o b tain ed   an d   th e   p atien ca n   w alk   in   th eir   n o r m al   r h y th m .   T h ir t y   s tep s   d ata   is   c o llected   in   ea ch   s ess io n   with   s am p lin g   f r e q u en cy   o f   1 0 0 0   Hz,   wh ich   a r g ait  p h ase  d ata  an d   m u s cle  ac tiv ity   d ata.   T h co llected   d ata  m ig h t   h a v d if f er e n ce   in   d ata   len g th .   T h is   is   m ai n ly   d u t o   th walk in g   ch ar ac ter is tics   th at  ar n o th s am f o r   all  p e o p le.   E v e n   i n   o n p er s o n ,   t h s tep   len g th   an d   d u r atio n   m i g h t   d if f er   f r o m   s tep   to   s tep .   B ec a u s o f   th is ,   th d ata  is   n o r m alize d   f r o m   tim e - b ased   d ata  in t o   cy cle  p er ce n tag e - b ased   d ata,   as  h as  b ee n   d o n b y   n u m er o u s   r esear ch   [ 3 0 ] [ 3 1 ]   A f ter   th at,   th c o n s is ten cy   o f   t h d ata  is   ch ec k ed   b y   ca lcu latin g   t h m e an   an d   s tan d a r d   d e v iatio n   ( σ )   o f   d ata  in   ea c h   cy cle  p e r ce n ta g p o in t.  I f   th d ata  s tan d ar d   d e v iatio n   is   h ig h ,   th en   th e   d ata  c o llectio n   is   r e p e ated .   Oth er wis e,   th e   co llected   d ata  is   r ea d y   t o   b e   an aly ze d .   Af ter   o b tain in g   th c o n tr ib u tin g   m u s cle,   th in teg r atio n   o f   t h E MG   to   tr ig g er   f lex i o n   u s i n g   p ico b o is   th n ex s tep   to   p r o v th c o n ce p t.  T h co n tr o alg o r ith m   is   s h o wn   Fig u r 3 ( a ) .   T h r o b o d etec ts   th g ait   p h ase  lik u s u al  b u will  n o g en er ate  an y   f lex i o n   u n til  th co n tr ib u tin g   m u s cle  ac tiv ity   ap p ea r s .   W h e n   ap p ea r s ,   th e   p ico b o f o llo ws  th p r e - d eter m in e d   f le x io n   w h ich   is   b ased   o n   an k le  v elo city   r ef er en c in   ea c h   g ait  p h ase.   I f   th an k le  p o s itio n   r ea ch es  th m ax im u m   f le x io n   tar g et,   th en   th an k le  p o s itio n   is   lo ck ed .   B u t,  if   th an k le  p o s itio n   h as  n o r ea ch ed   th f lex io n   tar g et,   t h en   i is   s till   m o v in g   ac co r d in g   t o   th an k le   v elo city   r ef er en ce .   Fo r   d etec tin g   th an k le  p o s itio n ,   p ico b o is   eq u ip p ed   with   d ig ital  en co d e r   em b ed d e d   in   th ac tu ato r ,   wh ich   is   lo ca ted   at  t h an k le  jo i n t.  Fo r   th is   p r o o f   o f   co n ce p t,  th s u b ject  will  p e r f o r m   p lan tar f le x io n   u n d er   f i x ed   g ait  p h ase  1 ,   a n d   th r o b o m o v em en tim in g   is   o b s er v ed ,   as  s h o wn   in   Fig u r e   3 ( b ) .   I n   th is   ca s e,   th tar g eted   an k le  p o s itio n   is   - 0 . 1 1   r ad   an d   an k le  v elo city   is   s et  to   b - 0 . 7   r ad /s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 3 1 4 - 5 3 2 6   5318     ( a)       ( b )     Fig u r 3 .   Pico b o t w ith   m o tio n   tr ig g er   b ased   o n   E MG   p r o o f   o f   co n ce p ( a)   c o n tr o l a lg o r ith m   an d   ( b )   ex p er im en t set u p       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h r esear ch   d is cu s s es  r esu lt  o f   co n t r ib u tin g   m u s cle  in v esti g atio n   an d   E MG   tr ig g e r   p r o o f   o f   co n ce p t   on  p ico b o t.  Firstl y ,   th E MG   d ata  ac r o s s   7   s u b jects  ar s h o wn   in   Fig u r e     Fig u r e   1 0 .   T h d ata  co n s is ten cy   is   g o o d   with   m ax im u m   v a r ian ce   σ   0 . 5 3   f o r   So leu s   d ata  o n   s u b ject  3 ,   σ   0 . 3 7   f o r   T ib iali s   d ata  o n   s u b ject  3   an d   σ   0 . 2 2   f o r   Gastro cn em iu s   d ata  o n   s u b ject  1 ,   as  s h o w n   in   T ab le  2 .   T h p ar ticip ated   s u b jects  walk   with   p r ef er r e d   s p ee d   o f   2 . 8 9   ±   0 . 1 9   k m /h   with   s tep   d u r atio n   o f   1 . 2 9   ±   0 . 1 5   s   in   av e r ag e.   Ph a s 1   s p an s   7 . 5 7 o f   th g ait  cy cle  an d   p h ase  2   to o k   th s ec o n d   4 1 . 2 9 o f   th g ait  cy cle.   Af ter   th at,   p h ase  3   t o o k   th 1 8 . 7 1 o f   th g ait  cy cle  wh ile  th r est   o f   3 2 . 4 3 is   p h ase  4 .   T h is   r es u lt  is   in   l in with   ty p ical  g ait  cy cle  d is tr ib u tio n   o f   n o r m al  o r   h ea lth y   p eo p le,   as a ls o   s h o wn   in   p r e v io u s   s tu d y   [ 3 0 ]     T h e   b a s e li n e   o f   E M G   a ct i v a tio n   v a r i e s   a   b i t   b et w e e n   m u s c le s   w it h i n   i n d i v i d u a g a i t   d at a ,   a n d   e v e n   m o r e   v a r i e d   a c r o s s   d i f f e r e n t   in d i v i d u a l s   g a it   d a t a ,   i n f l u e n c in g   m u s c l e   a ct i v a ti o n   t h r e s h o ld s .   F o r   i n s t a n c e ,   i n   s u b j e c 2 ,   t h b a s e l i n v o l t a g i s   1 . 1   V   f o r   t h e   s o l e u s ,   1 . 4 1   V   f o r   t h e   ti b i a li s ,   a n d   1 . 2 9   f o r   t h e   g a s t r o c n e m i u s ,   h i g h l i g h t i n g   t h e   d i s ti n c t   s t a r t i n g   p o i n t s   o f   e l e c t r i c al   a c t i v i t y   f o r   e a c h   m u s c l e .   T h e s e   b as e l i n d i f f e r e n c e s   b e c o m e v e n   m o r e   p r o n o u n c e d   w h e n   c o m p a r i n g   i n d i v i d u a l s ,   a s   e ac h   p e r s o n   e x h i b i ts   u n i q u e   v a lu e s   d u e   t o   v a r i o u s   f a c t o r s .   O n e   p r i m a r y   f a c t o r   is   s l i g h t   i n c o n s is t e n ci es   i n   e l e ct r o d e   p l a c e m e n t ,   w h i c h   c a n   o c c u r   d e s p i t e   r es e a r c h e r s   a d h e r i n g   s t r i c t l y   t o   s t a n d a r d i z ed   p o s i t i o n i n g   g u i d e l i n e s .   S u c h   v a r i a b i l it y   u n d e r s c o r e s   t h e   n e e d   f o r   i n d i v i d u a l i z e d   c a l i b r a ti o n   w h e n   a n a l y z i n g   E M G   d a t a   t o   e n s u r e   a c c u r a te   i n te r p r e t a t i o n   o f   m u s c le   a c ti v a t i o n   l e v e l s .         Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   So leu s   ac tiv ity   ( V)   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   Su b ject  1           Fig u r 4 .   E MG   m ea s u r em en o n   s u b ject  1   i n   o n e   g ait  cy cle   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   a n kle  p h ysio th era p r o b o t wi th   elec tr o myo g r a p h y - tr ig g ered   …  ( Dima s   A d ip u t r a )   5319       Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   So leu s   ac tiv ity   ( V)   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   Su b ject  2           Fig u r 5 .   E MG   m ea s u r em en o n   s u b ject  2   i n   o n e   g ait  cy cle         Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   So leu s   ac tiv ity   ( V)   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   Su b ject  3           Fig u r 6 .   E MG   m ea s u r em en o n   s u b ject  3   i n   o n e   g ait  cy cle         Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   So leu s   ac tiv ity   ( V)   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   Su b ject  4           Fig u r 7 .   E MG   m ea s u r em en o n   s u b ject  4   i n   o n e   g ait  cy cle         Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   So leu s   ac tiv ity   ( V)   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   Su b ject  5           Fig u r 8 .   E MG   m ea s u r em en o n   s u b ject  5   i n   o n e   g ait  cy cle       Ad ap tab ilit y   in   m u s cle  ac ti v atio n   th r esh o ld s   is   s ig n i f ican ch allen g e   wh en   d esi g n in g   an d   im p lem en tin g   ass is tiv r o b o ti cs  f o r   p h y s io th e r ap y   u s in g   E MG   s ig n al.   Ho wev er ,   th is   is s u ca n   b e   ad d r ess ed   th r o u g h   q u ick   ca lib r atio n   p r o ce s s   co n d u cted   p r io r   to   u s in g   th r o b o t.   Du r in g   th e   ca lib r atio n ,   th p atien is   ask ed   to   r em ain   i n   a   r elax ed   s tate  in itially ,   allo win g   th e   s y s tem   to   r ec o r d   b aselin m u s cl ac tiv atio n   le v els.  On ce   th e   b aselin is   estab lis h ed ,   t h p atien is   en c o u r a g ed   to   attem p lim b   m o v em e n t,  wh ich   p r o v id es   ad d itio n al  m u s cle  ac tiv atio n   d ata.   T h is   r esear ch   u s es  5 0 o f   th d if f er en ce   b etwe en   p ea k   m u s cle  ac tiv atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 3 1 4 - 5 3 2 6   5320   an d   th b aselin as  th ac tiv atio n   th r esh o ld ,   as  s h o wn   in   T ab le  2 .   E s tab lis h in g   th t h r esh o ld   f o r   m u s cle  ac tiv ity ,   en s u r in g   th r o b o t c a n   d is tin g u is h   b etwe en   ac tiv e   a n d   p ass iv s tates e f f ec tiv ely .         Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   So leu s   ac tiv ity   ( V)   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   Su b ject  6           Fig u r 9 .   E MG   m ea s u r em en o n   s u b ject  6   i n   o n e   g ait  cy cle         Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   So leu s   ac tiv ity   ( V)   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   Su b ject  7           Fig u r 1 0 .   E MG   m ea s u r em en t   o n   s u b ject  7   in   o n g ait  cy cle       T ab le  2 .   E MG   d ata  ac r o s s   d if f er en t h ea lth y   s u b jects   P a r a me t e r   S u b j e c t   1   S u b j e c t   2   S u b j e c t   3   S u b j e c t   4   S u b j e c t   5   S u b j e c t   6   S u b j e c t   7   A v e r a g e   G a i t   p h a s e   %   P h a se   1   4 . 0 0   9 . 0 0   7 . 0 0   6 . 0 0   8 . 0 0   7 . 0 0   1 2 . 0 0   7 . 5 7   P h a se   2   4 6 . 0 0   4 2 . 0 0   3 7 . 0 0   3 9 . 0 0   5 3 . 0 0   3 5 . 0 0   3 7 . 0 0   4 1 . 2 9   P h a se   3   1 3 . 0 0   1 9 . 0 0   2 0 . 0 0   1 9 . 0 0   1 6 . 0 0   1 7 . 0 0   2 7 . 0 0   1 8 . 7 1   P h a se   4   3 7 . 0 0   3 0 . 0 0   3 6 . 0 0   3 6 . 0 0   2 3 . 0 0   4 1 . 0 0   2 4 . 0 0   3 2 . 4 3   S t e p   d u r a t i o n   ( s)   1 . 1 8   1 . 5 1   1 . 2 2   1 . 1 6   1 . 2 9   1 . 2 0   1 . 5 0   1 . 2 9   W a l k i n g   s p e e d   ( k m/ h )   2 . 8 0   2 . 7 0   3 . 2 0   3 . 0 0   2 . 8 0   3 . 0 0   2 . 7 0   2 . 8 9   G a st r o c n e mi u A c t i v a t i o n   ( V )   M a x   1 . 9 9   1 . 5 9   1 . 8 0   1 . 6 5   1 . 9 4   2 . 1 8   1 . 4 4   1 . 8 0   M i n   1 . 5 3   1 . 3 9   1 . 1 5   1 . 0 8   0 . 9 9   1 . 4 1   1 . 2 9   1 . 2 6   R a n g e   0 . 4 6   0 . 2 0   0 . 6 5   0 . 5 8   0 . 9 5   0 . 7 6   0 . 1 5   0 . 5 4   σ   0 . 2 2   0 . 1 5   0 . 1 2   0 . 1 9   0 . 2 2   0 . 1 8   0 . 1 2   0 . 2 0   Th r e s h o l d   1 . 7 6   1 . 4 9   1 . 4 7   1 . 3 6   1 . 4 6   1 . 7 9   1 . 3 7   1 . 5 3   S o l e u s   A c t i v a t i o n   ( V )   M a x   2 . 0 1   2 . 1 1   2 . 2 0   2 . 0 5   1 . 5 8   2 . 0 5   2 . 3 1   2 . 0 4   M i n   1 . 4 7   1 . 2 2   0 . 7 7   0 . 9 5   1 . 1 8   1 . 4 4   1 . 1 0   1 . 1 6   R a n g e   0 . 5 4   0 . 8 9   1 . 4 3   1 . 1 0   0 . 4 0   0 . 6 1   1 . 2 1   0 . 8 8   σ   0 . 2 8   0 . 1 6   0 . 5 3   0 . 3 9   0 . 2 1   0 . 1 3   0 . 1 7   0 . 2 9   Th r e s h o l d   1 . 7 4   1 . 6 6   1 . 4 8   1 . 5 0   1 . 3 8   1 . 7 5   1 . 7 1   1 . 6 0   Ti b i a l i s   A n t e r i o r   A c t i v a t i o n   ( V )   M a x   1 . 6 5   1 . 9 6   1 . 7 5   1 . 5 5   1 . 5 9   2 . 1 8   2 . 1 2   1 . 8 3   M i n   1 . 3 1   1 . 2 0   1 . 0 3   1 . 3 8   1 . 3 7   1 . 2 1   1 . 4 1   1 . 2 7   R a n g e   0 . 3 5   0 . 7 7   0 . 7 3   0 . 1 7   0 . 2 2   0 . 9 7   0 . 7 1   0 . 5 6   σ   0 . 1 8   0 . 2 1   0 . 3 7   0 . 1 0   0 . 1 1   0 . 1 7   0 . 1 0   0 . 1 8   Th r e s h o l d   1 . 4 8   1 . 5 8   1 . 3 9   1 . 4 6   1 . 4 8   1 . 6 9   1 . 7 6   1 . 5 5       Hig h lig h tin g   th t h r esh o ld   v al u o n   ea c h   s u b ject   an d   ea ch   m u s cle,   m u s cle  ac tiv atio n   o n   ea ch   p h ase  ca n   b o b s er v ed .   Acr o s s   s ev en   s u b jects,  th g astro cn em iu s   m u s cle  is   ac tiv d u r in g   p h ase  1 ,   2 ,   an d   4 ,   ex ce p o n   s u b jects  1   ( alwa y s   ac tiv e ) ,   6   ( alwa y s   ac tiv e)   an d   s u b ject  4   ( o n l y   ac tiv o n   p h ase  4 ) .   Me an wh ile,   th s o leu s   is   also   s im ilar ,   wh er it  i s   m ain ly   ac tiv o n   p h ase  1 ,   2 ,   a n d   4 .   T h ac tiv atio n   o n   p h as 1   esp ec ially   is   n o t   s ig n if ican t,  wh er o n l y   4   o u o f   7   s u b jects  th at  h av s o leu s   ac tiv o n   p h ase  1 .   H o wev er ,   th s o leu s   s ig n if ican tly   ac tiv o n   p h ase  2   an d   4   o u o f   th 7   s u b jects.  Me an wh ile,   th tib ialis   ac tiv atio n   is   clea r er ,   wh er e   it  is   d o m in a n tly   ac tiv e   o n   p h a s 2   an d   4 .   Fr o m   t h is   o b s er v at io n ,   it   ca n   b c o n clu d ed   th at  t h m u s cles  th at   ar e   ea s ier   to   o b s er v ar e   th tib iali s   an ter io r   m u s cle  to   tr ig g er   p ico b o t m o v em en d u r in g   p h ase  2   an d   4 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   a n kle  p h ysio th era p r o b o t wi th   elec tr o myo g r a p h y - tr ig g ered   …  ( Dima s   A d ip u t r a )   5321   Fig u r 1 1   illu s tr ates  th av er a g E MG   d ata  ac r o s s   all  s u b jects.  T h s tan d ar d   d ev iatio n s   f o r   m u s cle  ac tiv ity   am o n g   th s ev en   s u b j ec ts   ar σ   0 . 2 0   f o r   th Gastro cn em iu s ,   σ   0 . 2 9   f o r   th So leu s ,   an d   σ   0 . 1 8   f o r   t h e   T i b ia l is .   M u s cl e   a ct i v a ti o n   p a t t e r n s   s h o w   t h at   t h e   Ga s tr o c n e m i u s   is   a c t i v d u r i n g   p h as e s   1 ,   2 ,   a n d   3 ,   t h S o l e u s   is   a c ti v e   e x c l u s i v e l y   i n   p h a s e   4 ,   a n d   t h e   T i b i a l i s   is   a c tiv e   i n   p h a s e s   2   a n d   4 .   F l e x i o n   a c t i v a t i o n   i n   p h a s es   2   an d   4   ca n   b e f f ec tiv ely   tr ig g er ed   b y   T i b ialis   m u s cle  ac tiv ity ,   wh ile  in   p h ase  1 ,   th Gastro cn em iu s   s er v es a s   r eliab le  tr ig g er   s ig n al .   T h So leu s   is   o n ly   ac tiv in   p h ase  4   an d   its   f u n ctio n   o v er lap s   wi th   th T ib ialis ,   s o   it  ca n   b co n s id er ed   as  tr ig g e r   s ig n al  in   p h ase  4 .   T h ese  f in d in g s   alig n   with   co n clu s io n s   d r awn   f r o m   b o t h   in d iv id u al   E MG   o b s er v atio n s   an d   th a v er ag e   d ata.   Ho we v er ,   th e   r esu lts   also   em p h asize  th im p o r tan ce   o f   in d iv id u alize d   o b s er v atio n   an d   ca lib r atio n   to   ac cu r ately   d et er m in th ap p r o p r iate  tr ig g e r   m u s cle.         Gastro cn em iu s   ac tiv ity   ( V)   σ   0 . 2 0   T h r esh o ld   So leu s   ac tiv ity   ( V)   σ   0 . 2 9   T ib ialis   ac tiv ity   ( V)   σ   0 . 1 8   Av er ag o f   all           Fig u r 1 1 .   E MG   m ea s u r em en t   o n   av e r ag o f   all  s u b jects in   o n g ait  cy cle       T h th r esh o l d   o f   d if f e r en g r o u p s   o f   s u b jects  p r esen ts   an   av en u f o r   f u tu r r esear ch ,   p a r ticu lar ly   in   u n d er s tan d i n g   h o v ar iatio n s   in   m u s cle  ac tiv atio n   t h r esh o ld s   ca n   in f o r m   tailo r ed   r eh a b ilit atio n   s tr ateg ies.   Du r in g   th s etu p   p r o ce s s ,   th e s th r esh o ld s   ca n   b ad ju s ted   ef f icien tly   th r o u g h   q u ick   c alib r atio n   b etwe en   b aselin an d   p ea k   m u s cle  ac tiv ity ,   allo win g   f o r   in d i v id u a lized   p ar am eter   s ettin g s .   Mo r eo v er ,   th r esh o ld s   estab lis h ed   f o r   h ea lth y   s u b jec ts   h o ld   p o ten tial  as  b en ch m a r k s   f o r   r ec o v er y .   T h ey   ca n   s e r v as  r ef er en ce   p o in t,  en ab lin g   clin ician s   to   ev alu ate  p atien t' s   p r o g r ess   b y   m ea s u r in g   th eir   ab ilit y   to   a p p r o ac h   o r   ac h iev e   th ese  p r ed ef i n ed   le v els.  T h is   ap p r o ac h   n o o n ly   p r o v id es  q u an tifia b le  r ec o v er y   m etr i b u also   h elp s   in   s ettin g   r ea lis tic,   p er s o n alize d   g o als  f o r   r eh ab ilit atio n .   Fu tu r s tu d ies  co u ld   e x p lo r e   th es th r esh o ld s   ac r o s s   d iv er s s u b ject  g r o u p s   to   r ef in th eir   ap p licatio n   in   b o th   h ea lth y   a n d   p atien p o p u latio n s ,   u ltima tely   en h an cin g   th p r ec is io n   an d   ef f icac y   o f   t h er ap eu tic  i n ter v en t io n s .   Pre v io u s   s tu d y   o n   E MG   r ep o r ts   th at  th m u s cles  co r r esp o n d   to   p lan tar f lex i o n   a n d   d o r s if lex io n   ar e   T ib ialis   An ter io r   m u s cle,   So l eu s   an d   Gastro cn em i u s   [ 3 2 ] .   E ac h   m u s cle  ca n   p er f o r m   b o th   f lex io n   an d   ca n   wo r k   d if f er e n tly   to   ea ch   o th er .   At  s o m e   p h ase,   t h m u s cle  wo r k s   as  th e   p r o tag o n is wh il th o th er   wo r k s   as   th an tag o n is m u s cle.   Fo r   in s tan ce ,   th So leu s   an d   Gastro c n em iu s   wo r k s   d o m i n an tly   as  p lan tar   f lex o r   [ 3 3 ] wh ile  T ib ialis   m u s cle   wo r k s   d o m in an tly   as  d o r s if lex o r   [ 3 4 ] .   T h T ib ialis   An ter io r   is   in   th f r o n o f   th lo wer   leg   an d   is   r esp o n s ib le  f o r   liftin g   th f o o ( d o r s if lex io n ) ,   wh ile  th So leu s   an d   Gastro cn e m iu s ,   lo ca ted   in   th e   ca lf ,   ar r esp o n s ib le  f o r   p u s h in g   th e   f o o d o wn wa r d   ( p la n tar f lex io n ) .   T h ese  m u s cles  ex h ib it  an tag o n is tic  f u n ctio n s   d u r in g   g ait,   with   th e   T ib ialis   An ter io r   ac tiv d u r in g   d o r s if lex io n   a n d   th e   So leu s   an d   Gastro cn em i u s   tak in g   o v er   d u r in g   p lan tar f le x io n .   Ad d itio n ally ,   t h p r ec is tim in g   o f   m u s cle  ac tiv atio n   is   cr i tical,   as  im p r o p er   c o o r d in atio n   b etwe en   th ese  m u s cles  ca n   r esu lt  i n   in ef f icien t   o r   ab n o r m al  g ai p atter n s .   T h is   in ter p lay   b e twee n   ag o n is a n d   an tag o n is m u s cles  is   es s en tial   f o r   m ain tain in g   b alan ce ,   a v o i d   o v er   e x ten s io n   an d   e n s u r s m o o th   b o d y   weig h t   tr an s itio n s   b etwe en   g ait  p h ases .   Fin d in g   r eg ar d i n g   th is   o n   av er ag m u s cle  ac tiv atio n   d at is   also   s h o wn   in   Fig u r 1 1 .   Du r in g   p h ase  1 ,   th tib ialis   m u s cle   ac tiv atio n   o f   1 . 5   V,   wh ich   is   lo wer   th an   S o leu s   ac tiv atio n   o f   1 . 6   a n d   Gastro cn em iu s   ac t iv atio n   o f   alm o s 1 . 6   V.   Desp ite  th d o m in an t   f lex io n   is   p lan tar f lex io n ,   th e   tib ialis   wo r k s   alm o s th s am m ag n itu d d u to   h o ld in g   th e   f o o weig h t.   T h e   s u b ject  u s es  p ico b o s h o es  with   FS R   in s o le s   d u r in g   d ata  co lle ctio n   wh ich   in cr ea s es  th f o o weig h t,  th u s   in cr ea s in g   th n ee d s   o f   an tag o n is tic  m u s cle  to   av o id   o v er   ex te n s io n   an d   s lap   f o o in   th is   p h ase  [ 3 5 ] .   Ho wev er ,   th r esu lt  d o es  n o p o r tr a y   m u s cle   co n tr ib u tio n   in   p h ase  3 .   I n   g en er al,   all  m u s cles  s tay   o n   its   b aselin e.   T h ey   ar g o in g   u p   in   m ag n itu d an d   s o leu s   is   th h ig h est  am o n g   t h o th e r s   with   a   m ag n itu d o f   1 . 6   at   th e n d   o f   p h ase  3 .   T h m ain   f lex io n   is   p lan tar f lex io n th er ef o r e,   it  wo r k s   h ar d e r   co m p a r ed   to   T ib ia lis   m u s cle.   I f   th th r esh o ld   v al u is   lo wer ed ,   th en   th cu r r e n t m u s cle  ac tiv atio n   c an   b o b s er v ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   5 3 1 4 - 5 3 2 6   5322   Me an wh ile,   in   p h ase  2 ,   th d o m in an m u s cle  is   T ib ialis   wit h   lo n g er   d u r atio n   o f   p ea k   a b o v 1 . 6   co m p ar ed   to   So leu s   a n d   Gastr o cn em iu s .   T h is   is   in   lin with   th T ib ialis   task   to   d o   d o r s if le x io n th u s ,   it  r ea lly   s u its   to   b tr ig g er   m u s cle  d u r i n g   p h ase  2 .   On   p h ase  4   d if f e r e n tly ,   th f o o is   lifte d   in   th ai r .   T h m ain   f lex i o n   is   d o r s if lex io n   s o   th an k le  p o s itio n   ca n   s tay   at  p o s itiv an g le  to   p r ev en f o o d r o p   o n   th n ex p h ase  1 .   T h er ef o r e,   T ib ialis   s h o u ld   b ac tiv h ig h e r ,   b u th r esu lt  s h o ws  th at  So leu s   ar a ctiv h ig h er   at  th e   b eg in n in g ,   wh ich   is   1 . 8 5   co m p ar ed   t o   T ib ialis   at  1 . 7 4   V .   T h is   is   b ec au s at  th b eg in n in g   o f   p h ase  4 ,   th e   f o o is   s till   in   th p r o ce s s   o f   p u s h in g   th g r o u n d ,   wh ich   i s   p lan tar f lex io n .   Ho wev e r ,   s o o n   af ter   th a n k le   s h o u ld   d o r s if lex   r ath er   th an   p l an tar f lex ,   wh ich   e x p lain s   th e   s h ar p   d ec r ea s o f   So leu s   m u s cle  ac tiv ity   b u n o th T ib ialis   at  th en d   o f   p h as 4 .   Ho wev e r ,   s in ce   th is   r esea r ch   wan ts   to   f in d   d o m in a n m u s cle  ac tiv ity   at  th e   b eg in n in g   to   tr ig g er   th e   m o tio n   as so o n   as p o s s ib le,   So leu s   i s   co n clu d ed   as th e   d o m i n an m u s cle  at  p h ase  4 .   T h r esu lts   in d icate   th at   m u s cl ac tiv atio n   d o es   n o t   o cc u r   im m ed iately   at   th s tar t o f   ea ch   g ait  p h ase.   Fo r   ex am p le,   Fig u r 1 0   s h o w s   th at  th T ib ialis   an d   So leu s   m u s cles  ac tiv ate  s h o r tly   af ter   p h ase  2   b eg in s ,   as   th m u s cles  en g ag o n ly   wh en   n ee d ed .   At  th s tar o f   th is   p h ase,   th b o d y ' s   f o r war d   m o m en tu m   en a b les  p ass iv lim b   m o v em en t   with o u im m e d iate  m u s cle  c o n tr i b u tio n ,   allo win g   b r ief   r est  p er io d .   T h is   n atu r al  d elay   alig n s   with   th r o b o t' s   "a s s i s t - as - n ee d ed d esig n ,   wh ich   p er m its   jo in m o tio n   with o u in itiatin g   m o v em en t   an d   p r o v id es  s u p p o r o n ly   wh en   r eq u ir e d .   B y   a d a p tin g   to   th p atien t s   n ee d s ,   th r o b o en co u r ag es   n atu r al  m o v em e n p atter n s ,   r ed u ce s   u n n ec ess ar y   ex e r tio n ,   an d   p r o m o tes  ac tiv e   p ar tici p atio n ,   e n h an ci n g   r ec o v er y   b y   co m p e n s atin g   f o r   d ef icits   in   m u s cle  s tr en g th   o r   ac tiv atio n .   T h r esu lts   h av in d icate d   t h at  th co n tr ib u tin g   m u s cles  ar th Gastro cn em iu s   in   p h ase  1 ,   th So leu s   in   p h ase  4 ,   a n d   t h T i b ialis   in   p h ase  2 .   I n   p h ase  3 ,   l o wer in g   th e   th r esh o ld   m a y   all o So leu s   to   ac t   as  th tr ig g er .   Q u ick   in d i v id u al  ca lib r atio n   is   ess en tial  to   d eter m in ac cu r ate  t h r esh o ld s .   T h E MG - tr ig g er e d   p ico b o p r o o f   o f   co n ce p t,  s h o wn   in   Fig u r 1 2 ,   tar g ets  th T ib ialis   An ter io r   o f   s u b ject  2   f o r   test in g   with   1 . 5 8 V   th r esh o ld   in   T ab le  2 .   W h en   th m u s cle  is   in ac tiv e,   th e   r o b o t   r em ain s   s tatio n ar y   d esp ite  g a it  p h ase  d etec tio n .   On ce   tr ig g er ed ,   p ic o b o m ain t ain s   co n s tan an k le  v elo city ,   co m p letin g   m o v em en ts   ev en   if   th E MG   s ig n al   d r o p s .   Fo r   i n s tan ce ,   th e   r o b o t   ac h iev es  p lan tar f lex io n   at  - 0 . 1 1   r a d   d u r in g   p h ase  1   at   - 0 . 6 2   r ad /s ,   d o r s if lex io n   at  0 . 3   r ad   d u r in g   p h ase   2   at   0 . 4 9   r ad /s ,   an d   m ai n tain s   - 1 . 5   r ad /s   an d   4   r ad /s   in   p h ases   3   a n d   4 ,   r esp ec tiv el y .   T h is   co n s is ten v elo city   e n s u r es  f u ll  m o tio n   cy cles,  p r o m o tin g   s tab le  g ait   p atter n s ,   e n h an c ed   m u s cle  m em o r y ,   an d   s m o o th e r   r eh a b ilit atio n   wh ile  co m p en s atin g   f o r   m u s cle  wea k n ess   o r   s ig n al  lo s s .           Fig u r 1 2 .   Pico b o t f le x io n   o n   ea ch   g ait  p h ase  is   tr ig g e r ed   b y   m u s cle  ac tiv atio n   o f   tib ialis   an ter io r   m u s cle   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         E n h a n ce d   a n kle  p h ysio th era p r o b o t wi th   elec tr o myo g r a p h y - tr ig g ered   …  ( Dima s   A d ip u t r a )   5323   T o   v alid ate   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   th is   a p p r o ac h ,   test in g   p atien ts   in   b o th   lab   an d   clin ical  s ettin g s   is   cr u cial.   L ab   tr ials   will  h elp   r ef in th e   s y s tem s   r esp o n s t o   v ar i o u s   m u s cle  ac tiv atio n   p atter n s ,   en s u r in g   it  ac cu r ately   s u p p o r ts   d iv er s p a tien n ee d s .   C lin ical  r esear ch   will  p r o v id in s ig h ts   in to   h o w   th r o b o im p ac ts   p atien o u tco m es  o v er   lo n g er   r eh ab ilit atio n   p er io d s ,   s u ch   as  im p r o v e d   g ait  s tab ilit y   an d   m u s cle  s tr en g th .   Ad d itio n ally ,   it  will  clar if y   h o well  th s y s tem   ad a p ts   to   v ar y in g   lev els  o f   m u s cle  co n tr o l   an d   s ig n al   in co n s is ten cies  co m m o n ly   f o u n d   in   p atien ts .   T h is   co m p r e h en s iv test in g   will  en s u r t h r o b o m ee ts   th p r ac tical  d em an d s   o f   r ea l - wo r l d   r eh ab ilit atio n   a n d   m a x im ize s   p atien t r ec o v er y   p o te n tial.       4.   CO NCLU SI O N   T h is   r esear ch   co n clu d es  th at  T ib ialis ,   Gastro cn em iu s   an d   So leu s   ar co n tr i b u tin g   t o   th e   wh o le  g ait   cy cle.   I n   p h ase  1 ,   th co n tr ib u tin g   m u s cle  is   Gastro cn em iu s   m u s cle.   I n   p h ase  2 ,   th c o n tr ib u tin g   m u s cle  is   T ib ialis   m u s cle.   I n   p h ase  3 ,   i f   th th r esh o ld   is   lo wer e d   th a n   th o n u s ed   in   th is   s tu d y ,   th en   So leu s   is   th e   co n tr ib u tin g   m u s cle.   I n   p h ase  4 ,   th d o m in a n m u s cle  is   So leu s .   Desp ite  th a n tag o n is tic  n atu r e   o f   th ese  m u s cles  in   th eir   r esp ec tiv g a it  p h ases ,   wh er th So leu s   an d   Gastro cn em iu s   ty p ically   ac t   as  p lan tar   f lex o r   an d   th T ib ialis   as  a   d o r s if lex o r ,   th eir   co o r d in ated   ac tiv it y   m ay   s till   s u it  p atien ts   u s in g   ass is tiv d ev ices.   Sin ce   th d ata  was  co llected   u s in g   p ic o b o t   s h o es  with   a n   FS R   in s o le,   it  r ef lects  th r ea l - wo r ld   d y n a m ics  o f   walk in g   with   r o b o tic  ass is ta n ce   to   f ac ilit ate  m o r s tab le  an d   co n tr o lled   m o v em e n ts   in   p atien ts   wi th   co m p r o m is ed   g ait  f u n ctio n .   T h E MG   tr ig g er   p r o o f   o f   co n ce p also   s h o ws  th at  th p ico b o ca n   m ain tai n   co n s tan m o tio n   o n ce   tr ig g e r e d   an d   ca n   c o m p lete  th m o v e m en ev en   if   th E MG   s ig n al  is   lo s d u r in g   th e   p r o ce s s .   T h is   c o n s is ten cy   is   ex p ec ted   t o   h elp   p atien ts   d ev elo p   s tab le  g ait  p atter n s ,   esp ec ially   in   th e   ea r l y   s tag es  o f   r eh ab ilit atio n .   T h g r o u n d wo r k   h as  b ee n   laid ,   b u f u tu r e   r esear ch   s h o u ld   v ali d ate  th is   ap p r o ac h s   ef f ec tiv en ess   an d   test   it with   p atien ts   in   b o th   lab   a n d   clin ical  s ettin g s   is   cr u cial.       ACK NO WL E DG M E N T S   T h au t h o r s   w o u ld   lik t o   e x p r ess   th eir   s in ce r e   ap p r ec iatio n   to   C V.   Ken zie   T ek n o p e d is   f o r   th eir   v alu ab le  ass is tan ce   in   th m a n u f ac tu r in g   p r o ce s s   o f   th e   Pico b o p h y s io th er ap y   r o b o t.  T h au th o r s   also   ex te n d   th eir   g r atitu d to   Dr .   Nu r   K h o zin   f o r   p r o v id in g   in s ig h tf u m ed ical  ad v ice  an d   g u id an ce   th r o u g h o u th e   d ev elo p m e n o f   th s y s tem .   T h is   wo r k   was  s u p p o r ted   b y   T elk o m   Un iv e r s ity   Su r ab ay a   th r o u g h   th r esear ch   an d   in n o v atio n   p r o g r am .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h f in a n cial  s u p p o r o f   th I n d o n esia' s   DR T P M,   DI T J E DI KT I R I STE K,   KE MD I KB U DR I STE K   th r o u g h   f u n d am en tal  r esea r ch   g r an 2 0 2 4   u n d er   c o n tr ac n u m b er   o f   1 0 6 /E 5 /PG.0 2 . 0 0 . PL/2 0 2 4 ,   0 4 3 /SP 2 H/R T - MO NO/L L 4 /2 0 2 4   an d   0 4 4 /LI T 0 7 /PP M - L I T /2 0 2 4   is   h e r eb y   a p p r ec iated .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Dim as Ad ip u tr a                               R ad ith y An jar   Nis m ar a                               Mu h am m ad   R af li  R am ad h an   L u b is                               Nu r   Alif f ah   R izk ian in g ty as                               Ken s o r B in tan g   Pan ji  Satr io                               R a n g g a   R o o s p r a t a m a   A r i f                               An n is Sals ab ila                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.