智能轮椅的BCI人—机接口技术研究

发布时间：2020-10-16 16:10

　　 人-机接口(Human-Machine-Interface, HMI)又称人机交互、人机界面,是指人机间相互施加影响的区域,凡参加人机信息交流的一切领域都属于人机接口。智能轮椅集模式识别技术、多传感器融合技术和多模态人机交互等多种新技术为一体,通过各种各样的人机交互及自动导航避障等功能大大提高了使用者独立行动的能力,具有广泛的应用前景。智能轮椅的关键技术之一就是以“人”为中心,真正实现与使用者和谐交互。作为人机交互中的一种,脑-机接口(Brain-Computer-Interface, BCI)技术正逐步使人类利用脑电信号与计算机或其它装置进行通讯成为了可能,它为人的大脑开辟了一条全新的与外界进行信息交流和控制的途径。 本文利用大多数脑神经功能正常人均有的Alpha波阻断现象,将基于脑电Alpha波变化控制外部机电设备开关的BCI技术用于电动轮椅的运动控制,设计了一套智能轮椅人机交互系统。该系统操作简便,几乎无需训练或仅需很少训练就可以稳定可靠地控制轮椅运动。 该系统由信号采集单元、信号处理平台、控制面板和轮椅控制接口组成。使用者通过控制面板产生含有相关控制信息的脑电信号;经前置放大滤波器和信号采集卡分别进行放大滤波和A/D转换后输入计算机;然后在计算机中的Labview平台上完成包括滤波去噪、RMS平滑-平均、与门限电压比较、产生脉冲控制信号等一系列信号处理工作;最后经接口电路转化输出相应控制信号完成对轮椅的运动控制。为能给设计方案提供实验依据和确定BCI系统的最优参数,对受试者进行了一系列相关测试实验:(1)比较了不同导联位置所采集脑电源信号及其控制效果,为电极帽的设计提供了实验依据;(2)研究了不同阈值电压条件下出现的伪电位影响,以此确定了阈值电压选取的原则;(3)统计了不同触发时间的实验数据以确定循环灯闪烁时间的选择规律。此后又设计了4组不同的单方向组合操作和轮椅行进实验以进一步考核BCI系统的操作性能,结果表明:全部受试者均能顺利完成大部分操作,并具有较高的成功率和稳定性,从而证明了本文所设计的BCI人机交互系统的可行性。最后依据Ben Shneiderman提出的评估原则对该BCI系统进行了初步评估,肯定其性能明显优于一般的生物信息反馈系统,具有扩展出更多功能的潜力。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH789
【部分图文】：

具有广泛的应用前景。智能轮椅的关键技术之互的技术。这种交互包括两方面的要素：一方面使人方面使轮椅可以较好的理解人的思维和命令。要实现的人机界面。、软件的交叉部分即构成人－机接口。人－机接erface，HMI）又称人－机交互、人机界面或用户界的区域，凡参与人机信息交流的一切领域都属于人－要考虑生理学、心理学、文化学、生物学、技术学等要包括有意识控制和自然控制两大类，如图 1－1 所接口适用于残疾程度较轻、肢体能动性较高的人群，残疾程度高，肢体能动性低的人群。智能轮椅在这方然控制的人－机接口。例如，用户可以通过语音驱动眼睛驱动更可以让用户在不知不觉中不费丝毫力气

向左（LEFT）:减小角速度（W --）；向右（RIGHT）:增加角速度（W ++）。图1-2 电极布置图这种人-机接口适用于可以控制自己眼睛的运动并可以自由地做其它事的人。用户要对该系统进行使用前的训练。研究显示残疾人大约需要15分钟就能掌握该系统。开发人员在设计时要考虑到如眨眼等多种干扰，另外，还可附加其他的控制方式以确保轮椅驾驶的安全性和稳定性。1.2.3 头部运动驱动人们总是偏转头部看着他们想要去的方向，转弯时头部又会不断地改变方向，最后完成转弯时头部也自然地面向正前方。人们的这种几乎是无意识的转头行为也可以用于驱动控制，且具有自校正的特性。图 1-3 测量简图4

测量简图
【引证文献】

相关硕士学位论文 前6条

1 薛匡正;脑控机器人系统运动控制算法研究[D];大连理工大学;2010年

2 涂建成;脑电信号控制智能轮椅的研究[D];杭州电子科技大学;2011年

3 蔡新波;基于脑电信号的电动轮椅控制方法研究[D];杭州电子科技大学;2012年

4 李恋;结合EOG和EEG的人机交互系统的研究与实现[D];安徽大学;2012年

5 郝付英;智能轮椅控制系统研究与设计[D];山东大学;2012年

6 刘璇;护理机器人系统中视觉定位方法的研究与设计[D];合肥工业大学;2012年

本文编号：2843475