Neural model of human gait and its implementation in MATLAB and Simulink Environment using Deep Learning Toolbox

Tchórzewski, Jerzy; Wielgo, Arkadiusz

doi:10.34739/si.2021.25.03

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Neural model of human gait and its implementation in MATLAB and Simulink Environment using Deep Learning Toolbox

Autorzy

Tchórzewski Jerzy , Wielgo Arkadiusz

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.34739/si.2021.25.03

Warianty tytułu

Języki publikacji

Abstrakty

The article presents selected results of research on the modeling of humanoid robots, including the results of neural modeling of human gait and its implementation in the environment MATLAB and Simulink with the use of Deep Learning Toolbox. The subject of the research was placed within the scope of the available literature on the subject. Then, appropriate research experiments on human movement along a given trajectory were developed. First, the method of measuring the parameters present in the experiment was established, i.e. input quantities (displacement of the left heel, displacement of the right heel) and output quantities (displacement of the measurement point of the human body in space). Then, research experiments were carried out, as a result of which numerical data were measured in order to use them for teaching and testing the Artificial Neural Network. The Perceptron Artificial Neural Network architecture was used to build a model of a neural human walk along a given trajectory. The obtained results were discussed and interpreted, drawing a number of important conclusions.

Słowa kluczowe

artificial neural network deep learning toolbox humanoid robots MATLAB environment Simulink environment modeling of human walking motion

Wydawca

Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistycznego w Siedlcach

Czasopismo

Studia Informatica : systems and information technology

Rocznik

2021

Tom

Vol. 1-2(25)

Strony

39--65

Opis fizyczny

Bibliogr. 44 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Tchórzewski Jerzy

Siedlce University of Natural Sciences and Humanities, Faculty of Exact and Natural Sciences, Institute of Computer Science, ul. 3 Maja 54, 08-110 Siedlce, Poland

autor

Wielgo Arkadiusz

Siedlce University of Natural Sciences and Humanities, Faculty of Exact and Natural Sciences, Institute of Computer Science, ul. 3 Maja 54, 08-110 Siedlce, Poland

Bibliografia

1. Appriou A., Cichocki A. and Lotte F.: Modern Machine-Learning Algorithms: For Classifying Cognitive and Affective States From Electroencephalography Signals, IEEE Systems, Man, and Cybernetics Magazine, Vol. 6, No. 3, pp. 29-38, July 2020.
2. ASIMO – Technical Information, American Honda Motor Co., Inc., Corporate Affairs & Communications, 2003, https://asimo.honda.com, [data dostępu: 13.02.2021].
3. Ciesielski P., Sawoniewicz J., Szmigielski A. [red. nauk.]: Elementy robotyki mobilnej (English: Elements of mobile robotics), Wydawnictwo PJWSTK, Warszawa 2004.
4. Derlatka M., Pauk J.: Zastosowanie wybranych metod klasyfikacji w systemie wspomagania decyzji opartych na modelu dynamiki chodu (English: The use of selected classification methods in the decision support system based on the gait dynamics model). Modelowanie Inżynierskie, No. 34, s. 17-22, Gliwice 2007.
5. Feng Y. [et al.]: Mining Spatial-Temporal Patterns and Structural Sparsity for Human Motion Data Denoising, IEEE Transactions on Cybernetics, Vol. 45, No. 12, pp. 2693-2706, Dec. 2015.
6. Jaworek K., Pauk J.: Identyfikacja modelu dynamiki lokomocji dwunożnej człowieka na przykładzie jego chodu (English: Identification of the model of dynamics of bipedal locomotion of a human on the example of his gait). Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Budowa i Eksploatacja Maszyn, Zeszyt 10/2002, str. 67-73.
7. Kaczmarek W., Panasiuk J., Borys Sz.: Środowiska programowania robotów (English: Robot programming environments), Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2017.
8. Krakowiak L.: Wózek inwalidzki sterowany myślą (English: A thought-controlled wheelchair), https://www.pcworld.pl/news/ Wozek-inwalidzki-sterowanymysla.347053.html [dostęp: 2010].
9. Kaźmierczak P., Luks K., Polkowski L. [red. nauk.]: Elementy robotyki humanoidalnej. Projekt głowy humanoidalnej PALADYN (English: Elements of humanoid robotics. Paladin humanoid head design), Wydawnictwo PJWSTK, Warszawa 2005.
10. Kowalczuk Z., Czubenko M.: Przegląd robotów humanoidalnych (English: Overview of humanoid robots), 1/2015 Pomiary Automatyka Robotyka, pp. 33-42.
11. Mandery C., Terlemez Ö., Do M., N. Vahrenkamp N. and T. Asfour T.: Unifying Representations and Large-Scale Whole-Body Motion Databases for Studying Human Motion, IEEE Transactions on Robotics, Vol. 32, No. 4, pp. 796-809, Aug. 2016.
12. Masters T.: Practical Neural Network. Recipes in C++ (Polish translation: Jankowski S.: Sieci neuronowe w praktyce. Programowanie w j. C++). WNT, Warszawa 1996, stron 456.
13. MATLAB Deep Learning Toolbox™, User's Guide, MathWorks 2020.
14. Michnik R.: Badania modelowe i doświadczalne chodu człowieka w aspekcie procesu jego rehabilitacji (English: Model and experimental studies of human gait in the aspect of its rehabilitation proces), WN Instytutu Technologii Eksploatacji, Warszawa 2013.
15. Osowski S.: Sztuczne sieci neuronowe do przetwarzania informacji (English: Artificial Neural Networks for information processing), Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, wyd. 4, Warszawa 2020, p. 490.
16. Pauk J., Ihnatouski M.: Analiza rozkładu nacisków pod stopą podczas chodu człowieka (English: Analysis of pressure distribution under the foot during human walking). Modelowanie Inżynierskie No. 38, ss. 161-165, Gliwice 2009.
17. Rutkowski L.: Metody i techniki sztucznej inteligencji (English: Methods and techniques of artificial intelligence), Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2020.
18. Simulink User’s Guide, MathWorks, The MathWorks, Natick, Simulink® Getting Started Guide, COPYRIGHT by The MathWorks, Inc, 1990-2015.
19. Śnieżek A., Mężyk A., Michnik R.: Analiza dynamiki i kinematyki chodu prawidłowego (English: Analysis of the dynamics and kinematics of normal gait), Aktualne Problemy Biomechaniki, Nr 1/2007, Gliwice.
20. Tadeusiewicz R.: Elementarne wprowadzenie do techniki sieci neuronowych z przykładowymi programami (English: Elementary introduction to the technique of neural networks with sample programs), Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa 1998.
21. Tchórzewski J.: Metody sztucznej inteligencji i informatyki kwantowej w ujęciu teorii sterowania i systemów (English: Methods of artificial intelligence and quantum computing in terms of control theory and systems). Wydawnictwo Naukowe UPH, Siedlce 2021, p. 306.
22. Wielgo A.: Neuronalny model chodu człowieka i jego implementacja w środowisku MATLABA i Simulinka (English: The neural model of human gait and its implementation in the MATLAB and Simulink environment). Praca inżynierska pod kierunkiem dr hab. inż. Jerzego Tchórzewskiego, prof. uczelni w Instytucie Informatyki na Wydziale Nauk Ścisłych i Przyrodniczych, UPH, Siedlce 2021, p. 72.
23. Zhou D. et al.: 3D Human Motion Synthesis Based on Convolutional Neural Network, IEEE Access, Vol. 7, pp. 66325-66335, 2019.
24. Zagórna A.: Robot sterowany myślami (English: A mind-controlled robot), sztuczna inteligencja.org.pl/robot-sterowany-myslami, 2020 [dostęp: 12.08.2021].
25. Zielińska T.: Maszyny kroczące (English: Walking machines), Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2014.
26. Żuk M.: Analiza chodu człowieka z zastosowaniem optycznego systemu śledzenia ruchu (English: Human gait analysis with the use of an optical motion tracking system), Politechnika Wrocławska, http://www.biomech.pwr.wroc.pl/wp-content/uploads/2019/05/ Analiza-chodu-instrukcja-do-ćwiczenia.pdf, [data dostępu: 26.04.2020].
Internet sources:
27. https://www.ee.pw.edu.pl/blog/2013/11/06/profesor-andrzej-cichocki-zostaluhonorowany-wpisaniem-do-zlotej-ksiegi-politechniki-warszawskiej [access: 26.11.2021].
28. https://www.pcworld.pl/news/Wozek-inwalidzki-sterowany-mysla,347053.html.
29. https://businessinsider.com.pl/technologie/nowe-technologie/sophia-slynnyhumanoidalny-robot-bedzie-produkowany-masowo/0yg4y71
30. https://workbot.pl/roboty-humanoidalne-dla-firm/
31. https://www.honda.pl/cars/world-of-honda/asimo/o-robocie-asimo.html
32. https://tylkonauka.pl/wiadomosc/robot-walkiria-przechodzi-przez-testy-aby-wprzyszlosci-poleciec-na-marsa
33. https://www.aist.go.jp/aist_e/list/latest_research/2018/20181116/en20181116.html (HRP)
34. https://kopalniawiedzy.pl/Charlie-humanoid-robot-maszyna-kontakt-wzrokowywymiana-podawac-wskazowka-niewerbalna-AJung-Moon,20179
35. https://robots.ieee.org/robots/kobian/
36. http://drc.mit.edu/
37. https://www.sztucznainteligencja.org.pl/robot-ktorego-zaboli/
38. https://tech.wp.pl/baxter-robot-ktory-wspolpracuje-z-czlowiekiem-6034867499492481a
39. https://news.mit.edu/2001/kismet
40. https://robots.ieee.org/robots/simon/
41. https://robots.ieee.org/robots/telenoid/
42. https://www.roboticsbusinessreview.com/health_medical/hstar_technologies_rona_robotic_nursing_assistant_system/
43. https://www.hitachi.com/rd/research/mechanical/robotics/emiew2_01/index.html
44. https://trans3net.webspace.tu-dresden.de/?bepro_listings=flash-innovative-social-robot

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-f1e6b62b-adfd-4def-bf21-ea91bb2e9440