A central challenge in building robotic prostheses is the creation of a sensor-based system able to read physiological signals from the lower limb and instruct a robotic hand to perform various tasks. Existing systems typically perform discrete gestures such as pointing or grasping, by employing electromyography (EMG) or ultrasound (US) technologies to analyze muscle states. While estimating finger gestures has been done in the past by detecting prominent gestures, we are interested in detection, or inference, done in the context of fine motions that evolve over time. Examples include motions occurring when performing fine and dexterous tasks such as keyboard typing or piano playing. We consider this task as an important step towards higher adoption rates of robotic prostheses among arm amputees, as it has the potential to dramatically increase functionality in performing daily tasks. To this end, we present an end-to-end robotic system, which can successfully infer fine finger motions. This is achieved by modeling the hand as a robotic manipulator and using it as an intermediate representation to encode muscles' dynamics from a sequence of US images. We evaluated our method by collecting data from a group of subjects and demonstrating how it can be used to replay music played or text typed. To the best of our knowledge, this is the first study demonstrating these downstream tasks within an end-to-end system.


翻译:在建立机器人假肢方面,一个中心挑战是建立一个能够读取下肢生理信号并指示机器人手执行各种任务的传感器系统。现有系统通常通过使用电传法或超声波技术分析肌肉状态,进行分解手势,如指针或抓抓抓。虽然过去曾通过发现显著的动作来估计手指手势,但我们有兴趣在随着时间变化的细微动作中发现或推断手指手势。例子包括执行键盘打字或钢琴弹钢琴等细微和伸缩任务时发生的动作。我们认为这项任务是朝着提高截肢者采用机器人假肢的速度迈出的重要一步,因为它有可能大大增加日常任务的功能。为此,我们提出了一个端到端到端的机器人系统,可以成功地推导出精巧的手指动作。这是通过模拟手的机械操纵器和将肌肉的动态从键盘键盘打到钢琴播放。我们评估了我们的方法,通过从一组主题中收集数据,或者通过演示这些主题的底部研究,来展示我们如何在下游阶段进行这种研究。

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