遠程腦-機器人交互的仿人機器人全身運動控制研究.pdf

1、腦-機器人交互（BRI）技術(shù)是一個具有重大科研價值和應(yīng)用前景的跨學(xué)科研究課題，通過腦機接口和傳感信息反饋在人腦和機器人之間建立起了一條直接的雙向信息交互通路?；贐RI的仿人機器人遠程控制技術(shù)（即腦控仿人機器人技術(shù)）在將這兩種服務(wù)型技術(shù)進行連接的同時，充分挖掘了人腦在感知決策方面的優(yōu)勢以及機器人所具有的自主智能和運動規(guī)劃能力，實現(xiàn)感知層面和決策層面的腦機智能融合。這一研究的成果不僅在助老、助殘以及軍事等眾多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，也有

2、助于加深對高級認知過程中大腦活動機理的了解，推動神經(jīng)學(xué)、信號處理、機器人學(xué)、人工智能等多個學(xué)科的發(fā)展。
　　針對腦控仿人機器人研究中眾多亟需解決的關(guān)鍵問題，本文主要在以下方面體現(xiàn)出了貢獻和創(chuàng)新：
　　1）基于統(tǒng)一的實驗驗證平臺和參數(shù)配置標(biāo)準(zhǔn)，首次系統(tǒng)地評價和對比了穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位（SSVEP）和P300兩種視覺誘發(fā)腦電模式在仿人機器人遠程在線控制中的性能。在自主搭建的Cerebot腦控仿人機器人平臺上，根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和實驗驗

3、證結(jié)果配置兩種模式的關(guān)鍵參數(shù)，選用當(dāng)前研究中最常用和具有代表性的單通道信號解碼算法，選取具有不同 BRI熟練程度的被試，通過在線開環(huán)和在線閉環(huán)兩方面的評價指標(biāo)，比較SSVEP和P300模式的仿人機器人在線控制性能。實驗結(jié)果表明，SSVEP模式具有更快的響應(yīng)速度，不需要為每個被試單獨優(yōu)選處理通道，而P300模式可以控制更多的機器人動作，幾乎不需要對被試進行訓(xùn)練。
　　2）從人腦和機器處理信息的相似點出發(fā)，基于分層級和模塊化的融合思想

4、，建立了一種基于SSVEP模式的分層遞階體系結(jié)構(gòu)，用于構(gòu)造腦機融合的BRI系統(tǒng)。該體系結(jié)構(gòu)分為腦機接口層、行為映射層和機器人控制層，在腦機接口層提出了一種基于典型相關(guān)分析（CCA）和快速傅里葉變換（FFT）的異步解碼算法并構(gòu)造了自適應(yīng)刺激編碼界面，在行為映射層采用了基于多級菜單的被試意圖映射策略，在機器人控制層添加了機器人的自主反應(yīng)模塊。實驗結(jié)果表明，借助分層遞階體系結(jié)構(gòu)，被試可以使用5個刺激源協(xié)調(diào)20種機器人行為來實現(xiàn)對仿人機器人全身

5、運動的控制，通過靈活選擇位置調(diào)節(jié)（WFT）和速度調(diào)節(jié)（WGM）這兩類不同腦機融合層面的導(dǎo)航行為，可以使系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)航任務(wù)的完成時間和碰撞次數(shù)兩方面的性能上取得更好的平衡。
　　3）針對仿人機器人在運動障礙輔助領(lǐng)域的典型任務(wù)及應(yīng)用特點，提出了一種腦控仿人機器人系統(tǒng)的性能評價方法。評價過程由離線標(biāo)定、在線開環(huán)評價、在線閉環(huán)評價3個階段組成，離線標(biāo)定階段為每名被試選取5個SSVEP響應(yīng)較強的刺激頻率；在線開環(huán)評價階段統(tǒng)計了各刺激頻率