基于混合视线-脑机接口控制机械臂的增强现实反馈与共享控制方法研究

发布时间：2023-08-09 15:33

　　脑-机接口(Brain-machine Interface,BMI)技术能够直接通过用户脑电信号对外部设备进行控制,不需要人体周围神经和肌肉组织的参与,因此对帮助截瘫患者恢复自主生活能力、提高生活质量有着重要意义。脑-机接口技术引起了国际上众多领域学科工作者的普遍关注,已成为生物医学工程、人-机交互技术、助残与康复等领域的一个新的研究热点。然而,脑电信号不稳定且易受干扰的特性使得脑-控机器人系统可靠性降低,用户在通过脑-机接口对外部设备进行控制时的控制精度与交互效率低的问题,成为脑-机接口技术广泛应用的主要限制因素。目前的研究工作大多倾向于增加机器自主控制在任务执行过程中所占比重,以提高脑-控机器人系统的控制精度以及人-机交互的效率。但是,近来辅助机器人的研究却表明,截瘫患者并不期望控制任务由自主能力较高的辅助设备完全自动地完成,即用户不仅期望任务的完成能得到机器人的辅助,而且更希望完成任务的过程中自己是“参与者”而不是“旁观者”。然而截瘫患者通过脑-机接口人工控制机械臂操作物体时,一是仅通过脑-机接口难以实现对多自由度的外部设备的灵活控制,二是用户仅通过视觉观察难以获取充分的交互状态...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 脑-机接口系统概述
        1.2.1 脑电信号采集与分析
        1.2.2 控制器
        1.2.3 交互状态反馈
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 目前脑-机交互研究存在的问题及解决方案
    1.5 论文组织结构
第二章 基于混合视线-脑机接口的机械臂控制系统框架
    2.1 系统框架简介
    2.2 脑-机接口
        2.2.1 脑电信号采集
        2.2.2 脑电特征提取
        2.2.3 运动意图模式分类
        2.2.4 脑-机接口指令输出
    2.3 视线追踪
        2.3.1 眼动仪EyeX介绍
        2.3.2 用户注视点估计
    2.4 机器视觉
        2.4.1 物体检测
        2.4.2 坐标系变换
    2.5 机械臂控制
        2.5.1 机械臂介绍
        2.5.2 通信协议
    2.6 本章小结
第三章 基于混合视线-脑机接口的机械臂连续共享控制研究
    3.1 引言
    3.2 系统结构
    3.3 机械臂末端运动共享控制
        3.3.1 速度大小共享控制
        3.3.2 运动方向共享控制
    3.4 实验介绍
        3.4.1 离线训练
        3.4.2 在线测试
        3.4.3 评价指标
    3.5 本章小结
第四章 基于混合视线-脑机接口控制机械臂的增强现实反馈方法
    4.1 引言
    4.2 系统结构
    4.3 增强现实反馈实现方法
        4.3.1 标记的检测与识别
        4.3.2 相机位置计算
        4.3.3 机械臂夹爪张口与高度反馈
    4.4 实验介绍
        4.4.1 离线训练
        4.4.2 在线测试
        4.4.3 评价指标
    4.5 本章小结
第五章 实验结果与分析
    5.1 基于共享控制的物体接近实验
        5.1.1 脑-机接口离线识别性能
        5.1.2 方向共享控制实验结果
        5.1.3 速度大小共享控制实验结果
    5.2 基于增强现实反馈的物体抓取与抬升实验
        5.2.1 脑-机接口离线识别性能
        5.2.2 在线物体抓取任务
        5.2.3 在线物体抬升任务
        5.2.4 测试者整体控制结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 未来工作的展望
致谢
参考文献
作者简介



本文编号：3840502