基于脑电与头姿混合接口的机器人轮椅交互方法研究

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伴随社会老龄化和各种意外事故产生的老年人和残障者日益增多,如何解决上述人群的生活出行问题,成为了近年来社会关注的热点。机器人轮椅,除具备普通电动轮椅功能外,还因其具有移动机器人相关特性,受到了广泛关注。人机交互接口,作为机器人轮椅的关键技术之一,对用户与轮椅之间的和谐操作具有至关重要的影响。头姿交互可以帮助残障人士自然无障碍地控制机器人轮椅,但长时间使用头姿控制容易产生颈部肌肉疲劳。脑机接口作为一种新兴的交互方式近年来已经逐渐融入智能辅具的交互控制。本文在此基础上,研究了一种基于脑电与头姿混合接口的机器人轮椅交互方法,具体研究内容如下:首先,针对机器人轮椅交互控制中存在的问题,通过分析脑电和头姿信号的特点及轮椅控制的需求,结合两类信号的优势,确定了本课题研究的可行性。其次,进行数据采集实验,结合脑电与头姿相关识别算法,实现了对脑电信号的预处理,特征提取和分类,以及对头部姿态的实时估计,并对两类信号的识别效果进行分析。再次,以机器人轮椅为应用平台,分析轮椅控制需求,完成了面向机器人轮椅控制的脑电与头姿混合接口及交互控制系统的设计,实现了两类信号的混合控制,并控制机器人轮椅完成相应运动任务。最后,基于脑电与头姿的混合接口,在线开展了机器人轮椅交互控制实验;对单纯头姿控制方式及脑电与头姿混合控制方式的控制效果进行了分析和对比,验证了混合接口交互控制的优越性。
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