脑—机接口技术在机器人控制上的应用
发布时间：2017-09-21 21:11
本文关键词：脑—机接口技术在机器人控制上的应用
更多相关文章： 脑-机接口 情绪 支持向量机 意念耳机 机器人控制
【摘要】：脑-机接口是一种全新的人机交互系统,在近10年内快速发展并得到越来越多的应用。康复医疗领域是脑-机接口的一个重要应用领域。脑-机接口技术为行动不便的人提供了“第三只手”,他们可以通过BCI系统控制轮椅运动、控制机器人完成任务等,将提高生活自理能力,并大幅改善生活质量。本文针对前额区域的脑电信号进行研究,首先对DEAP脑电数据库进行简单分析,证明了利用前额区域(Fpl和Fp2)脑电信号进行情绪分类的可能性。随后,基于意念耳机(MindWave Mobile)脑电设备搭建了面向情绪识别的脑电实验系统。实验中,采用效价-唤醒度二维情绪模型进行情绪评价,以视频材料诱导的方式激发受试者特定情绪,并利用受试者自我评估数据进行实验评价。本文在利用脑电数据进行情绪分类时,首先提取脑电信号的频域和时域特征,随后采用支持向量机分类算法实现分类。分类群体分为个体和群体两种,情绪类别上选择愉悦-悲伤情绪和高亢-低沉情绪两组情绪对。此外,本文还探究了不同特征单元时间长度和情绪分类精度之间的关系。分析结果显示,在特征单元时长为2s左右时,群体情绪分类精度可达78%,个体情绪分类精度可达91%。本文搭建了便携式人脑在线控制机器人系统,在该平台上,用户通过控制自身注意力情况实现对四自由度机械臂的实时控制。该系统以意念耳机作为脑电信号采集设备,通过蓝牙与PC相连。上位机软件使用MFC编写,与下位机使用串口通信。下位机核心控制器为STM32F103,用其产生四路PWM波,并捕获四路码盘信号,实现对四自由度机械臂的精确控制。电机驱动电路围绕LMD 18200搭建,用PWM方式控制电机转速。该系统具有灵活、方便、实时性强、趣味性强等优点。
【关键词】：脑-机接口 情绪 支持向量机 意念耳机 机器人控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318;TP242
【目录】：
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第一章 绪论10-16
- 1.1 脑-机接口技术研究背景与意义10-11
- 1.2 脑-机接口的系统组成及分类11-12
- 1.3 脑-机接口技术的研究现状12-14
- 1.4 本论文内容及组织结构14-16
- 第二章 脑电与情绪16-24
- 2.1 脑电信号16-17
- 2.1.1 人脑的结构与功能16
- 2.1.2 脑电产生机理16-17
- 2.1.3 脑电信号的特点17
- 2.2 情绪17-19
- 2.2.1 情绪产生机理17-18
- 2.2.2 情绪的划分18-19
- 2.3 基于脑电信号的情绪识别研究现状19
- 2.4 脑电信号与情绪关系的初步探究19-24
- 2.4.1 DEAP介绍20
- 2.4.2 数据分析20-22
- 2.4.3 结论22-24
- 第三章 面向情绪分类的脑电实验24-38
- 3.1 实验系统搭建24-29
- 3.1.1 MindWave Mobile24-26
- 3.1.2 蓝牙模块26
- 3.1.3 其他设备26
- 3.1.4 数据采集软件26-29
- 3.2 实验准备29-31
- 3.2.1 实验场地选取29
- 3.2.2 问卷设计29
- 3.2.3 情感状态自我评估表设计29-30
- 3.2.4 情绪诱导素材准备30-31
- 3.2.5 受试者招募31
- 3.3 实验过程31-32
- 3.3.1 实验流程31-32
- 3.3.2 数据记录32
- 3.4 实验效果分析和评价32-37
- 3.4.1 情绪诱导素材分析33-35
- 3.4.2 受试者分析35-37
- 3.5 本章小结37-38
- 第四章 基于脑电信号的情绪识别38-50
- 4.1 数据预处理38-40
- 4.1.1 EEGLAB38-39
- 4.1.2 滤除干扰信号39
- 4.1.3 频段分解39-40
- 4.2 特征选择和提取40-41
- 4.2.1 频域特征40
- 4.2.2 时域特征40-41
- 4.3 支持向量机41-43
- 4.3.1 支持向量机原理41-42
- 4.3.2 LIBSVM42-43
- 4.4 情绪识别和分类43-47
- 4.4.1 核函数选择43-44
- 4.4.2 群体情绪分类44-45
- 4.4.3 个体情绪分类45-47
- 4.5 本章小结47-50
- 第五章 人脑在线控制机器人系统设计50-66
- 5.1 人脑在线控制机器人系统搭建50
- 5.2 硬件系统设计50-57
- 5.2.1 整体设计50-51
- 5.2.2 直流电机驱动模块51-53
- 5.2.3 编码器模块53-54
- 5.2.4 微控制器54-55
- 5.2.5 电源模块55-56
- 5.2.6 PCB设计56-57
- 5.3 嵌入式软件设计57-61
- 5.3.1 主函数57-58
- 5.3.2 数据接收函数58
- 5.3.3 电机控制函数58-61
- 5.4 上位机软件设计61-64
- 5.4.1 需求分析61
- 5.4.2 整体设计61-62
- 5.4.3 通讯模块设计62-63
- 5.4.4 显示模块设计63
- 5.4.5 电机控制模块设计63
- 5.4.6 模式切换模块设计63-64
- 5.5 系统集成与使用64
- 5.6 本章小结64-66
- 第六章 总结与展望66-68
- 6.1 本文的工作总结66
- 6.2 未来工作的展望66-68
- 致谢68-70
- 参考文献70-74
- 附录74-78
- 作者简介78
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张奇志;周亚丽;;“机器人控制”课程建设与改革[J];科技信息;2009年32期
2 邓雪梅;;“食草”机器人[J];世界科学;2010年08期
3 龚彪;;浅谈机器人滚边在汽车行业中的实际运用[J];大众科技;2012年06期
4 任晓明;王东浩;;机器人的当代发展及其伦理问题初探[J];自然辩证法研究;2013年06期
5 朱剑英;机器人与机器人学[J];自然杂志;1984年09期
6 卢桂章;机器人控制的现状与问题[J];控制理论与应用;1990年02期
7 木子 ,禹晃;最容易安装和操纵的机器人[J];全球科技经济w，
本文编号：896888
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/896888.html
