智能轮椅的BCI人-机接口技术研究

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1、中文摘要人一机接口(Human．Machine．Interface，}ⅡⅥI)又称人机交互、人机界面，是指人机间相互施加影响的区域，凡参加人机信息交流的一切领域都属于人机接口。智能轮椅集模式识别技术、多传感器融合技术和多模态人机交互等多种新技术为一体，通过各种各样的人机交互及自动导航避障等功能大大提高了使用者独立行动的能力，具有广泛的应用前景。智能轮椅的关键技术之一就是以“人”为中心，真正实现与使用者和谐交互。作为人机交互中的一种，脑一机接口(Brain—Computer．Intemce，BCI)技术正逐步使人类利用脑电信号与计算机或其它装置进行通讯成为了可能

2、，它为人的大脑开辟了一条全新的与外界进行信息交流和控制的途径。本文利用大多数脑神经功能正常人均有的Alpha波阻断现象，将基于脑电Alpha波变化控制外部机电设备开关的BCI技术用于电动轮椅的运动控制，设计了一套智能轮椅人机交互系统。该系统操作简便，几乎无需训练或仅需很少训练就可以稳定可靠地控制轮椅运动。该系统由信号采集单元、信号处理平台、控制面板和轮椅控制接口组成。使用者通过控制面板产生含有相关控制信息的脑电信号；经前置放大滤波器和信号采集卡分别进行放大滤波和加转换后输入计算机；然后在计算机中的Labview平台上完成包括滤波去噪、RMS平滑一平均、与门限电

3、压比较、产生脉冲控制信号等一系列信号处理工作；最后经接口电路转化输出相应控制信号完成对轮椅的运动控制。为能给设计方案提供实验依据和确定BCI系统的最优参数，对受试者进行了一系列相关测试实验：(1)比较了不同导联位置所采集脑电源信号及其控制效果，为电极帽的设计提供了实验依据；(2)研究了不同阈值电压条件下出现的伪电位影响，以此确定了阈值电压选取的原则；(3)统计了不同触发时间的实验数据以确定循环灯闪烁时间的选择规律。此后又设计了4组不同的单方向组合操作和轮椅行进实验以进一步考核BCI系统的操作性能，结果表明：全部受试者均能顺利完成大部分操作，并具有较高的成功率和

4、稳定性，从而证明了本文所设计的BCl人机交互系统的可行性。最后依据BenShneide衄锄提出的评估原则对该BCI系统进行了初步评估，肯定其性能明显优于一般的生物信息反馈系统，具有扩展出更多功能的潜力。关键词：人一机接口，智能轮椅，脑一机接口，脑电图，A1pha(a)波ABSTRACTHMI(Human—Machine—Interface)alsocalledHuman—Computer111teraction(HCI)techniques0rUserInterface，standformeinteractionalareabetweenHumanandMac

5、hine．Intelligentwheelchair，assemblingPattemRecognition、Multi—sensordata如sionandmultimodalhuman—computerinteractiontecllniques，improVedusers’independentactionbyV撕ousHCIandautomaticnaVigationfIlnction，sohasbroadapplicationprospects．OneofthekeytechniquesininteIligentwheeIchairisHuman—C

6、entered；itcouldachievereaIharmonywimtlleus％AsaoneoftheHMI，BCI(Brain．Cornputer-Inte血ce)techniquesgraduaIlymaketlleEEGsi印alsi11conlⅡ1unication谢出acomputer．0rotberde、，icepossible．MeanⅥ棚】e，it劬gura坂lane丘＆tivecommunjcation觚dcontrolch锄el、7l，i也outsidewod正Accormngt0也ee)【istingconditionofBCIre

7、search，inte加皓of也efactthatchangesin血ealphacomponentofEEGduringeye’sopenandclosureexisting锄ongmoStpeople、)l，hoh懿no衄albrainnervecanam雒arelia_ble趾df瓠elec仃onicswitchesandco妇曲iningthewheelchaircon仃olmethod，也isresearchdesi弘ed趾intelligentwheelchairsystemb懿ed0nBCI，itc蛆r印imy锄d11iglllyreliably

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