Handrim Reaction Force and Moment Assessment Using a Minimal IMU Configuration and Non-Linear Modeling Approach during Manual Wheelchair Propulsion
Notice bibliographique
Résumé
Manual wheelchair propulsion represents a repetitive and constraining task, which leads mainly to the development of joint injury in spinal cord-injured people. One of the main reasons is the load sustained by the shoulder joint during the propulsion cycle. Moreover, the load at the shoulder joint is highly correlated with the force and moment acting at the handrim level. The main objective of this study is related to the estimation of handrim reactions forces and moments during wheelchair propulsion using only a single inertial measurement unit per hand. Two approaches are proposed here: Firstly, a method of identification of a non-linear transfer function based on the Hammerstein-Wiener (HW) modeling approach was used. The latter represents a typical multi-input single output in a system engineering modeling approach. Secondly, a specific variant of recurrent neural network called BiLSTM is proposed to predict the time-series data of force and moments at the handrim level. Eleven subjects participated in this study in a linear propulsion protocol, while the forces and moments were measured by a dynamic platform. The two input signals were the linear acceleration as well the angular velocity of the wrist joint. The horizontal, vertical and sagittal moments were estimated by the two approaches. The mean average error (MAE) shows a value of 6.10 N and 4.30 N for the horizontal force for BiLSTM and HW, respectively. The results for the vertical direction show a MAE of 5.91 N and 7.59 N for BiLSTM and HW, respectively. Finally, the MAE for the sagittal moment varies from 0.96 Nm (BiLSTM) to 1.09 Nm for the HW model. The approaches seem similar with respect to the MAE and can be considered accurate knowing that the order of magnitude of the uncertainties of the dynamic platform was reported to be 2.2 N for the horizontal and vertical forces and 2.24 Nm for the sagittal moments. However, it should be noted that HW necessitates the knowledge of the average force and patterns of each subject, whereas the BiLSTM method do not involve the average patterns, which shows its superiority for time-series data prediction. The results provided in this study show the possibility of measuring dynamic forces acting at the handrim level during wheelchair manual propulsion in ecological environments.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».