:: ECONOMY :: DISTRIBUTED MULTI-THREADED EMBEDDED CONTROL ARCHITECTURE FOR EMG-DRIVEN ORTHOTIC SYSTEMS :: ECONOMY :: DISTRIBUTED MULTI-THREADED EMBEDDED CONTROL ARCHITECTURE FOR EMG-DRIVEN ORTHOTIC SYSTEMS
:: ECONOMY :: DISTRIBUTED MULTI-THREADED EMBEDDED CONTROL ARCHITECTURE FOR EMG-DRIVEN ORTHOTIC SYSTEMS
 
UA  PL  EN
         

Світ наукових досліджень. Випуск 52

Термін подання матеріалів

19 травня 2026

До початку конференції залишилось днів 20



  Головна
Нові вимоги до публікацій результатів кандидатських та докторських дисертацій
Редакційна колегія. ГО «Наукова спільнота»
Договір про співробітництво з Wyzsza Szkola Zarzadzania i Administracji w Opolu
Календар конференцій
Архів
  Наукові конференції
 
 Лінки
 Форум
Наукові конференції
Наукова спільнота - інтернет конференції
Світ наукових досліджень www.economy-confer.com.ua

 Голосування 
З яких джерел Ви дізнались про нашу конференцію:

соціальні мережі;
інформування електронною поштою;
пошукові інтернет-системи (Google, Yahoo, Meta, Yandex);
інтернет-каталоги конференцій (science-community.org, konferencii.ru, vsenauki.ru, інші);
наукові підрозділи ВУЗів;
порекомендували знайомі.
з СМС повідомлення на мобільний телефон.


Результати голосувань Докладніше

 Наша кнопка
www.economy-confer.com.ua - Економічні наукові інтернет-конференції

 Лічильники
Українська рейтингова система

DISTRIBUTED MULTI-THREADED EMBEDDED CONTROL ARCHITECTURE FOR EMG-DRIVEN ORTHOTIC SYSTEMS

 
22.04.2026 19:29
Автор: Anton Kotsiubailo, PhD Student, National Technical University of Ukraine Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute; Anton Popov, Professor, National Technical University of Ukraine Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukrainian Catholic University, Lviv, Ukraine; Oleksandr Lysenko, Professor, National Technical University of Ukraine Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute
[26. Технічні науки;]

The restoration of motor functions in patients with severe upper-limb paresis, particularly those resulting from brachial plexus trauma, remains a critical challenge in neurorehabilitation. Traditional myoelectric control often fails due to the lack of viable signals from atrophied distal muscles [1]. To overcome this, the sternocleidomastoid (SCM) neck muscle is utilized as a control proxy, as it is innervated by the accessory nerve (cranial nerve XI) and remains functional even in cases of complete brachial plexus injury [2]. However, processing low-amplitude SCM signals while ensuring safe mechanical actuation requires a sophisticated computational framework capable of handling high-speed data acquisition and complex classification tasks without compromising real-time safety [3].

This study evaluates a distributed, multi-threaded embedded control architecture for an active elbow orthosis. The objective is to demonstrate that a modular master-slave topology can provide the necessary responsiveness (low latency) and deterministic safety required for clinical applications.

The proposed control architecture is physically and logically decoupled into three distinct operational layers.

● The Acquisition Node (STM32F407) interfaces with an AD8232 analog front-end to perform 1 kHz digitization and local preprocessing of surface EMG signals.

● The Supervisory Node (Jetson Nano) acts as the central intelligence, managing high-level system states and executing motion intent recognition algorithms.

● The Actuator Node (ESP32) manages the BTS7960 motor driver and processes feedback from the AS5048A 14-bit absolute magnetic encoder.

Communication between nodes is achieved via TCP/IP over Wi-Fi, eliminating physical tethers that hinder patient mobility. The software on the Jetson Nano & STM32F407 is implemented as a multi-threaded system governed by a Finite State Machine (FSM) [4], as illustrated in Fig.1. To ensure data integrity, all shared buffers are protected by mutex primitives. The pipeline consists of an Acquisition Thread (filling a 500-sample circular buffer), a Processing Thread (digital filtering and feature extraction), and a Classification Thread. Simultaneously, the software of Actuator Node on the ESP32 performs local safety checks, ensuring that joint motion is halted if anatomical limits (e.g., 145°) are reached, regardless of network status.




Figure 1. Multi-threaded EMG-controlled orthosis software architecture

Evaluation of the multi-threaded software of the proposed solution revealed highly deterministic performance. The average total processing time per EMG window was 1.69 ms, while the most intensive stage—Motion Classification—averaged 46.14 ms. Despite this, the parallelized execution allowed the overall sample-to-result latency to remain at a mean of 6.02 ms (with a standard deviation of 8.52 ms). This timing is significantly faster than the 100 ms human perception threshold, ensuring a seamless user experience. The AS5048A absolute encoder provided precise angular feedback with a resolution of 0.0219°, which was critical for maintaining kinematic safety during flexion and extension cycles.

The distributed master-slave architecture successfully addresses the latency and safety requirements for EMG-driven rehabilitation robotics [5]. By isolating acquisition, supervisory logic, and actuation into concurrent threads, the architecture provides a robust platform for assistive technology. Future research will focus on integrating brushless DC (BLDC) motors to increase low-speed responsiveness and reduce mechanical noise.

References:

1. M. Asghari Oskoei and H. Hu, “Myoelectric control systems—A survey,” Biomed. Signal Process. Control, vol. 2, no. 4, pp. 275–294, Oct. 2007, doi: 10.1016/j.bspc.2007.07.009.

2. A. V. Kotsiubailo et al., “Designing Minimalistic Powered Arm Orthosis for Brachial Plexus Injuries,” Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, no. 96, pp. 50–61, Jun. 2024, doi: 10.20535/RADAP.2024.96.50-61.

3. J. R. . Cram, G. S. . Kasman, and J. Holtz, Introduction to surface electromyography. Aspen Publishers, 1998.

4. A. Williams, C++ concurrency in action : practical multithreading. Manning, 2012.

5. A. M. Dollar and H. Herr, “Lower Extremity Exoskeletons and Active Orthoses: Challenges and State-of-the-Art,” IEEE Trans. Robot., vol. 24, no. 1, pp. 144–158, Feb. 2008, doi: 10.1109/TRO.2008.915453.



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License

допомогаЗнайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter


 Інші наукові праці даної секції
ЗАСТОСУВАННЯ НЕЙРОННИХ МЕРЕЖ ДЛЯ ВИЯВЛЕННЯ ТА ВІДСТЕЖЕННЯ ОБ'ЄКТІВ У ВІДЕО
24.04.2026 10:11
СУЧАСНІ ДАТАСЕТИ ДЛЯ НАВЧАННЯ МОДЕЛЕЙ КОМП’ЮТЕРНОГО ЗОРУ: ОГЛЯД І ХАРАКТЕРИСТИКА
24.04.2026 09:57
ВИМІРЮВАННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОВІТРОПРОНИКНОСТІ МЕТОДОМ ЗМІННОГО РОЗРІДЖЕННЯ
23.04.2026 20:56
ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОЇ БЕЗБАШТОВОЇ СИСТЕМИ ВОДОПОСТАЧАННЯ ДЛЯ МАЛИХ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ
19.04.2026 08:30
ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ПРОДУКТИВНОСТІ ЕКСКАВАТОРУ ВІД УМОВ ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ ІНЖЕНЕРНОЇ ПІДТРИМКИ
19.04.2026 08:16
ЛАЗЕРНА ДИФРАКТОМЕТРІЯ ІНСТРУМЕНТА
18.04.2026 16:34




© 2010-2026 Всі права застережені При використанні матеріалів сайту посилання на www.economy-confer.com.ua обов’язкове!
Час: 0.234 сек. / Mysql: 2039 (0.19 сек.)