遠(yuǎn)程腦-機(jī)器人交互的仿人機(jī)器人全身運(yùn)動控制研究.pdf

1、腦-機(jī)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(jī)接口和傳感信息反饋在人腦和機(jī)器人之間建立起了一條直接的雙向信息交互通路。基于BRI的仿人機(jī)器人遠(yuǎn)程控制技術(shù)（即腦控仿人機(jī)器人技術(shù)）在將這兩種服務(wù)型技術(shù)進(jìn)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(jī)器人所具有的自主智能和運(yùn)動規(guī)劃能力，實(shí)現(xiàn)感知層面和決策層面的腦機(jī)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(rèn)知過程中大腦活動機(jī)理的了解，推動神經(jīng)學(xué)、信號處理、機(jī)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(jī)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(xiàn)和創(chuàng)新：
　　1）基于統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jī)器人遠(yuǎn)程在線控制中的性能。在自主搭建的Cerebot腦控仿人機(jī)器人平臺上，根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)

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(jī)器人在線控制性能。實(shí)驗(yàn)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(dú)優(yōu)選處理通道，而P300模式可以控制更多的機(jī)器人動作，幾乎不需要對被試進(jìn)行訓(xùn)練。
　　2）從人腦和機(jī)器處理信息的相似點(diǎn)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(jī)融合的BRI系統(tǒng)。該體系結(jié)構(gòu)分為腦機(jī)接口層、行為映射層和機(jī)器人控制層，在腦機(jī)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(jī)器人控制層添加了機(jī)器人的自主反應(yīng)模塊。實(shí)驗(yàn)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(jī)器人行為來實(shí)現(xiàn)對仿人機(jī)器人全身

5、運(yùn)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(jī)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(jī)器人在運(yùn)動障礙輔助領(lǐng)域的典型任務(wù)及應(yīng)用特點(diǎn)，提出了一種腦控仿人機(jī)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(qiáng)的刺激頻率；在線開環(huán)評價階段統(tǒng)計了各刺激頻率