智能輪椅的BCI人-機接口技術研究.pdf

1、人-機接口(Human-Machine-Interface，HMI)又稱人機交互、人機界面，是指人機間相互施加影響的區(qū)域，凡參加人機信息交流的一切領域都屬于人機接口。智能輪椅集模式識別技術、多傳感器融合技術和多模態(tài)人機交互等多種新技術為一體，通過各種各樣的人機交互及自動導航避障等功能大大提高了使用者獨立行動的能力，具有廣泛的應用前景。智能輪椅的關鍵技術之一就是以“人”為中心，真正實現(xiàn)與使用者和諧交互。作為人機交互中的一種，腦一機接口(B

2、rain-Computer-Interface，BCI)技術正逐步使人類利用腦電信號與計算機或其它裝置進行通訊成為了可能，它為人的大腦開辟了一條全新的與外界進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波變化控制外部機電設備開關的BCI技術用于電動輪椅的運動控制，設計了一套智能輪椅人機交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作簡便，幾乎無需訓練或僅需很少訓練就可以穩(wěn)定可靠地控制輪椅運動。

3、 該系統(tǒng)由信號采集單元、信號處理平臺、控制面板和輪椅控制接口組成。使用者通過控制面板產(chǎn)生含有相關控制信息的腦電信號；經(jīng)前置放大濾波器和信號采集卡分別進行放大濾波和A/D轉換后輸入計算機；然后在計算機中的Labview平臺上完成包括濾波去噪、RMS平滑-平均、與門限電壓比較、產(chǎn)生脈沖控制信號等一系列信號處理工作；最后經(jīng)接口電路轉化輸出相應控制信號完成對輪椅的運動控制。為能給設計方案提供實驗依據(jù)和確定BCI系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)，對受試者進行了

4、一系列相關測試實驗：(1)比較了不同導聯(lián)位置所采集腦電源信號及其控制效果，為電極帽的設計提供了實驗依據(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)計了不同觸發(fā)時間的實驗數(shù)據(jù)以確定循環(huán)燈閃爍時間的選擇規(guī)律。此后又設計了4組不同的單方向組合操作和輪椅行進實驗以進一步考核BCI系統(tǒng)的操作性能，結果表明：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計的BCI人機交互