智能輪椅的BCI人-機(jī)接口技術(shù)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、人-機(jī)接口(Human-Machine-Interface,HMI)又稱人機(jī)交互、人機(jī)界面,是指人機(jī)間相互施加影響的區(qū)域,凡參加人機(jī)信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機(jī)接口。智能輪椅集模式識(shí)別技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)和多模態(tài)人機(jī)交互等多種新技術(shù)為一體,通過(guò)各種各樣的人機(jī)交互及自動(dòng)導(dǎo)航避障等功能大大提高了使用者獨(dú)立行動(dòng)的能力,具有廣泛的應(yīng)用前景。智能輪椅的關(guān)鍵技術(shù)之一就是以“人”為中心,真正實(shí)現(xiàn)與使用者和諧交互。作為人機(jī)交互中的一種,腦一機(jī)接口(B

2、rain-Computer-Interface,BCI)技術(shù)正逐步使人類利用腦電信號(hào)與計(jì)算機(jī)或其它裝置進(jìn)行通訊成為了可能,它為人的大腦開(kāi)辟了一條全新的與外界進(jìn)行信息交流和控制的途徑。 本文利用大多數(shù)腦神經(jīng)功能正常人均有的Alpha波阻斷現(xiàn)象,將基于腦電Alpha波變化控制外部機(jī)電設(shè)備開(kāi)關(guān)的BCI技術(shù)用于電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)控制,設(shè)計(jì)了一套智能輪椅人機(jī)交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便,幾乎無(wú)需訓(xùn)練或僅需很少訓(xùn)練就可以穩(wěn)定可靠地控制輪椅運(yùn)動(dòng)。

3、 該系統(tǒng)由信號(hào)采集單元、信號(hào)處理平臺(tái)、控制面板和輪椅控制接口組成。使用者通過(guò)控制面板產(chǎn)生含有相關(guān)控制信息的腦電信號(hào);經(jīng)前置放大濾波器和信號(hào)采集卡分別進(jìn)行放大濾波和A/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī);然后在計(jì)算機(jī)中的Labview平臺(tái)上完成包括濾波去噪、RMS平滑-平均、與門限電壓比較、產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)等一系列信號(hào)處理工作;最后經(jīng)接口電路轉(zhuǎn)化輸出相應(yīng)控制信號(hào)完成對(duì)輪椅的運(yùn)動(dòng)控制。為能給設(shè)計(jì)方案提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和確定BCI系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù),對(duì)受試者進(jìn)行了

4、一系列相關(guān)測(cè)試實(shí)驗(yàn):(1)比較了不同導(dǎo)聯(lián)位置所采集腦電源信號(hào)及其控制效果,為電極帽的設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù);(2)研究了不同閾值電壓條件下出現(xiàn)的偽電位影響,以此確定了閾值電壓選取的原則;(3)統(tǒng)計(jì)了不同觸發(fā)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以確定循環(huán)燈閃爍時(shí)間的選擇規(guī)律。此后又設(shè)計(jì)了4組不同的單方向組合操作和輪椅行進(jìn)實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步考核BCI系統(tǒng)的操作性能,結(jié)果表明:全部受試者均能順利完成大部分操作,并具有較高的成功率和穩(wěn)定性,從而證明了本文所設(shè)計(jì)的BCI人機(jī)交互

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