Hybride Modelle für die präzise Vorhersage von Gelenkdrehmomenten/-bewegungen auf Basis von sEMG-Messungen für die körpernahe Robotik

• Antragsteller: Professor Dr. Axel Schneider
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398081449

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des JuMP-Projekts wurde ein neues, anwendungsorientiertes, hybrides sEMG-basiertes Bewegungsvorhersagemodell (Domänenmodell) entwickelt, das trotz seiner hohen Anzahl an Parametern leicht an die Benutzer angepasst werden kann. Diesem Domänenmodell wurde ein Black-Box­Bewegungsvorhersagemodell gegenübergestellt, das auf verschiedenen sEMG-Merkmalen basiert. Beide Modelltypen sollen in einem weiteren Schritt integriert werden. Für den Muskel-Sehnen­Aktuator wurden als Teil eines verbesserten Bewegungsvorhersagemodells zwei Ansätze zur Bestimmung der Längenverteilung zwischen Muskel und Sehne vorgeschlagen, von denen einer auf der Ultraschallbildgebung und der andere auf der Verfolgung der Position der Innervationszonenmitte eines Muskels mittels eines beamforming-ähnlichen Algorithmus basiert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2-D Ultrasound Videos of the Distal Biceps Brachii Myotendinous Junction Displacement over Varying Elbow Angles and Tendon Loads (1.0.0), Data Publication, Zenodo.
  Mechtenberg, M., Grimmelsmann, N., Meyer & H.G. Schneider, A.
  
• Evaluation of sEMG Signal Features and Segmentation Parameters for Limb Movement Prediction Using a Feedforward Neural Network. Mathematics, 10(6), 932.
  Leserri, David; Grimmelsmann, Nils; Mechtenberg, Malte; Meyer, Hanno Gerd & Schneider, Axel
  
• Manual and semi-automatic determination of elbow angle-independent parameters for a model of the biceps brachii distal tendon based on ultrasonic imaging. PLOS ONE, 17(10), e0275128.
  Mechtenberg, Malte; Grimmelsmann, Nils; Meyer, Hanno Gerd & Schneider, Axel
  
• Surface Electromyographic Recordings of the Biceps and Triceps Brachii for Various Postures, Motion Velocities and Load Conditions, Data Publication, Bielefeld University of Applied Sciences and Arts.
  Mechtenberg, M., Grimmelsmann, N., Meyer & H.G. Schneider, A.
  
• A method for the estimation of a motor unit innervation zone center position evaluated with a computational sEMG model. Frontiers in Neurorobotics, 17.
  Mechtenberg, Malte & Schneider, Axel
  
• Direction-of-arrival estimation for acoustic signals based on direction-dependent parameter tuning of a bioinspired binaural coupling system. Bioinspiration & Biomimetics, 18(5), 056004.
  Jünemann, Philipp; Schneider, Axel & Waßmuth, Joachim
  
• sEMG-based prediction of human forearm movements utilizing a biomechanical model based on individual anatomical/ physiological measures and a reduced set of optimization parameters. PLOS ONE, 18(8), e0289549.
  Grimmelsmann, Nils; Mechtenberg, Malte; Schenck, Wolfram; Meyer, Hanno Gerd & Schneider, Axel
  
• UAS-Embedded-Systems-Biomechatronics/EMG-concentrated-currentsources: v0.2.1 (v0.2.1), Software Publication, Zenodo.
  Mechtenberg, M.