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ORCID:  http://orcid.org/0009-0000-1622-8817
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Análise comparativa de modelos de aprendizado de máquina para a classificação de movimentos finos de mão com sinais de eletromiografia de superfície
Author: Silva, João Vitor
First Advisor: Soares, Alcimar Barbosa
First member of the Committee: Carneiro, Pedro Cunha
Second member of the Committee: Costa, Ana Clara
Summary: O controle intuitivo de próteses de mão multifuncionais representa um desafio significativo na engenharia de reabilitação, especialmente na classificação de movimentos finos a partir de sinais de sEMG. Este trabalho apresenta uma análise comparativa sistemática de três paradigmas de aprendizado de máquina: LDA, SVM e CNN. Para isso, sinais de sEMG de três canais foram adquiridos de cinco voluntários saudáveis durante a execução de sete movimentos finos da mão. Dos modelos clássicos, LDA e SVM, foi extraído um conjunto de características no domínio do tempo, enquanto a CNN foi treinada de forma ponta a ponta com o sinal sEMG bruto. Os modelos foram avaliados e comparados em termos de acurácia de classificação, robustez inter-sujeito, impacto do número de classes para classificação e custo-benefício computacional. Os resultados demonstraram uma clara hierarquia de desempenho, com a CNN alcançando a maior acurácia média de validação com 96,46%, seguida pelo SVM em 88,58% e pelo LDA 75,12%. A CNN também se mostrou o modelo mais robusto, com a menor variabilidade de desempenho entre os participantes. A análise de custo-benefício quantificou o trade-off fundamental, onde a superioridade da CNN em performance contrasta com seu alto custo de treinamento em comparação com a eficiência dos modelos clássicos. Conclui-se que a CNN representa o paradigma de melhor desempenho para classificação de movimentos finos de dígitos, e este estudo fornece uma base de evidências quantitativa para guiar a seleção de algoritmos no desenvolvimento de futuras interfaces mioelétricas.
Abstract: The intuitive control of multifunctional hand prostheses represents a significant challenge in rehabilitation engineering, especially in the classification of fine hand movements from surface electromyography (sEMG) signals. This work presents a systematic comparative analysis of three machine learning paradigms: Linear Discriminant Analysis (LDA), Support Vector Machine (SVM), and Convolutional Neural Network (CNN). For this purpose, three-channel sEMG signals were acquired from five healthy volunteers during the execution of seven fine hand movements. For the classical models (LDA and SVM), a set of time-domain features was extracted, whereas the CNN was trained end-to-end with the raw sEMG signal. The models were evaluated and compared in terms of classification accuracy, inter-subject robustness, the impact of the number of classes, and computational cost-benefit. The results demonstrated a clear performance hierarchy, with the CNN achieving the highest mean validation accuracy of 96.46%, followed by the SVM at 88.58% and the LDA at 75.12%. The CNN also proved to be the most robust model, showing the lowest performance variability among participants. The cost-benefit analysis quantified the fundamental trade-off, where the CNN's superior performance contrasts with its high training cost compared to the efficiency of classical models. It is concluded that the CNN represents the best-performing paradigm for the classification of fine finger movements, and this study provides a quantitative evidence base to guide the selection of algorithms in the development of future myoelectric interfaces.
Keywords: eletromiografia de superfície
classificação de movimentos
aprendizado de máquina
redes neurais convolucionais
próteses mioelétricas
Surface electromyography
movement classification
machine learning
convolutional neural networks
myoelectric prostheses
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: SILVA, João Vitor. Análise comparativa de modelos de aprendizado de máquina para a classificação de movimentos finos de mão com sinais de eletromiografia de superfície. 2025. f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Biomédica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46845
Date of defense: 28-Aug-2025
Appears in Collections:TCC - Engenharia Biomédica

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