基于SSVEP脑电智能轮椅的研究与试验
这是一篇关于SSVEP,脑机接口,特征提取识别,智能轮椅的论文, 主要内容为近年来,随着人口老龄化不断加重、残障失能人士持续增多的现象日益加剧,解决他们的日常出行成为当前急需解决的社会问题。脑机接口技术的飞速发展和日益广泛应用使其成为了解决上述现象的重要手段,将脑机接口与轮椅结合,构建一种全新的、不依赖于外部神经、肌肉的控制通路,实现基于脑电控制轮椅移动具有重要的实际意义,其中稳态视觉诱发电位(Steady State Visual Evoked Potential,SSVEP)因具有高信噪比、无训练等优点成为了脑机接口领域的研究热点。为探索将先进的脑机接口技术用于帮助老年人和失能残障人士的日常生活出行,本文基于稳态视觉诱发电位研究高性能的脑电智能轮椅系统,采用便携式高分辨率设备开发接口,优化特征提取识别,对轮椅重新设计控制系统,通过实验能够稳定实现脑电控制轮椅。本文研究内容主要包括以下几个方面:(1)设计了一款视觉刺激器,该刺激器采用方波调制编码帧节画面以及Psychtoolbox编程来实现,之后运用光敏传感器实验验证了视觉刺激器闪烁频率的准确性,最后通过采集被试者注视视觉刺激时所产生的脑电信号进行频谱分析从而得到有效的稳态视觉诱发电位信号。(2)优化了稳态视觉诱发电位的特征提取识别,特征提取识别过程中通过使用自采数据集和清华大学数据集,对多个算法识别进行结果分析,最终选择出更高效的基于滤波器组的典型相关性分析算法。针对被试者个体差异性,提出了预筛选最佳频率,在最佳频率刺激下采集脑电信号,最终分析识别后发现其准确率和稳定性均有所提升。(3)搭建完成了脑电智能轮椅系统,该系统使用SDK软件包开发通信接口,实现了将在线采集的脑电数据传输到MATLAB中,通过编程截取诱发信号并进行预处理和特征提取识别,最终可以得到用于轮椅的控制指令。根据功能需求设计了轮椅控制系统,该系统与脑机接口部分建立通信实现控制指令传输,从而对轮椅精准控制。(4)设计了实验评估脑电智能轮椅系统,首先通过检测预实验选定被试者最佳刺激频率,然后利用脑控小车实验对单个指令进行多次识别控制,实验结果表明可达到95.94%识别准确率,实现指令传输稳定和避障安全可靠,验证了系统的可行性。最后在真实环境以及多种地图下进行脑控轮椅实验,结果表明被试者均能高效完成任务,准确率均在95.25%以上,其实时性和可控性都能够满足设计要求。
基于SSVEP脑电智能轮椅的研究与试验
这是一篇关于SSVEP,脑机接口,特征提取识别,智能轮椅的论文, 主要内容为近年来,随着人口老龄化不断加重、残障失能人士持续增多的现象日益加剧,解决他们的日常出行成为当前急需解决的社会问题。脑机接口技术的飞速发展和日益广泛应用使其成为了解决上述现象的重要手段,将脑机接口与轮椅结合,构建一种全新的、不依赖于外部神经、肌肉的控制通路,实现基于脑电控制轮椅移动具有重要的实际意义,其中稳态视觉诱发电位(Steady State Visual Evoked Potential,SSVEP)因具有高信噪比、无训练等优点成为了脑机接口领域的研究热点。为探索将先进的脑机接口技术用于帮助老年人和失能残障人士的日常生活出行,本文基于稳态视觉诱发电位研究高性能的脑电智能轮椅系统,采用便携式高分辨率设备开发接口,优化特征提取识别,对轮椅重新设计控制系统,通过实验能够稳定实现脑电控制轮椅。本文研究内容主要包括以下几个方面:(1)设计了一款视觉刺激器,该刺激器采用方波调制编码帧节画面以及Psychtoolbox编程来实现,之后运用光敏传感器实验验证了视觉刺激器闪烁频率的准确性,最后通过采集被试者注视视觉刺激时所产生的脑电信号进行频谱分析从而得到有效的稳态视觉诱发电位信号。(2)优化了稳态视觉诱发电位的特征提取识别,特征提取识别过程中通过使用自采数据集和清华大学数据集,对多个算法识别进行结果分析,最终选择出更高效的基于滤波器组的典型相关性分析算法。针对被试者个体差异性,提出了预筛选最佳频率,在最佳频率刺激下采集脑电信号,最终分析识别后发现其准确率和稳定性均有所提升。(3)搭建完成了脑电智能轮椅系统,该系统使用SDK软件包开发通信接口,实现了将在线采集的脑电数据传输到MATLAB中,通过编程截取诱发信号并进行预处理和特征提取识别,最终可以得到用于轮椅的控制指令。根据功能需求设计了轮椅控制系统,该系统与脑机接口部分建立通信实现控制指令传输,从而对轮椅精准控制。(4)设计了实验评估脑电智能轮椅系统,首先通过检测预实验选定被试者最佳刺激频率,然后利用脑控小车实验对单个指令进行多次识别控制,实验结果表明可达到95.94%识别准确率,实现指令传输稳定和避障安全可靠,验证了系统的可行性。最后在真实环境以及多种地图下进行脑控轮椅实验,结果表明被试者均能高效完成任务,准确率均在95.25%以上,其实时性和可控性都能够满足设计要求。
智能轮椅运动控制系统开发
这是一篇关于智能轮椅,嵌入式控制器,运动控制,速度规划,CAN总线的论文, 主要内容为本课题研究依托于国家重点研发计划项目科技冬奥子课题,旨在2022年北京冬季奥运会举行期间,为肢体残障的冬奥工作人员、观众以及非比赛时间的运动员等提供一种更加智能化的轮椅辅助设备。近年来,随着社会的进步和老龄化现象的发展,在日常生活出行中,行动不便的老年人以及残障人士对于智能轮椅的需求越来越大,具有较为广阔的市场前景和社会意义。目前智能轮椅或者电动轮椅普遍存在行驶速度控制不够平滑柔顺以及无法与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块较好协调通讯等问题。因此,开发具有速度规划运动控制功能且能与其他智能系统协调通讯的运动控制系统,具有重要的现实意义和应用价值。本文开发了一套智能轮椅运动控制系统,可实现对轮椅行驶速度规划运动控制以及与其他智能系统协调通讯等功能。主要工作内容体现在四个方面,即智能轮椅机械结构与运动控制系统总体方案设计、硬件电路设计、软件开发设计以及系统测试与应用。基于ARM Cortex-M3内核单片机,构建了“主控板+运动控制系统驱动器+执行器”的控制系统总体架构。主控板负责将摇杆控制命令信号差速解算处理后发送到运动控制系统驱动器;运动控制系统驱动器负责完成双路电机的差速驱动和速度规划等开闭环运动控制功能,以及系统工作状态数据的实时采集反馈;主控板、运动控制系统驱动器以及轮椅拓展搭载的其他智能系统模块通过CAN总线网络进行通讯,并制定了CAN总线通讯协议。硬件电路设计方面,基于STM32F103CBT6主控芯片,完成了MCU最小系统、电源供电、电机驱动、霍尔测速模块、通讯与数据存储以及安全防护等电路的原理图搭建和电子元器件的选型工作,并进行了PCB设计、打板与焊接测试;软件开发设计方面,基于μC/OS-II实时操作系统对运动控制系统软件架构进行了模块化的设计,实现了摇杆控制命令信号的电子差速解算、双路直流有刷电机的驱动控制、系统工作状态的采集反馈以及系统之间的CAN总线网络协议的通讯。最后,完成了智能轮椅运动控制系统平台并进行了软硬件整体调试以及项目示范应用。测试和应用结果表明:智能轮椅结构设计合理,运动控制系统实现了对轮椅行驶的速度规划运动控制功能,解决了与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块协调通讯的不足,系统工作稳定可靠,满足智能轮椅日常使用和运动控制需要,为进一步研究开发适合老龄化社会的新型智能化轮椅产品奠定了一定的技术基础。
智能轮椅运动控制系统开发
这是一篇关于智能轮椅,嵌入式控制器,运动控制,速度规划,CAN总线的论文, 主要内容为本课题研究依托于国家重点研发计划项目科技冬奥子课题,旨在2022年北京冬季奥运会举行期间,为肢体残障的冬奥工作人员、观众以及非比赛时间的运动员等提供一种更加智能化的轮椅辅助设备。近年来,随着社会的进步和老龄化现象的发展,在日常生活出行中,行动不便的老年人以及残障人士对于智能轮椅的需求越来越大,具有较为广阔的市场前景和社会意义。目前智能轮椅或者电动轮椅普遍存在行驶速度控制不够平滑柔顺以及无法与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块较好协调通讯等问题。因此,开发具有速度规划运动控制功能且能与其他智能系统协调通讯的运动控制系统,具有重要的现实意义和应用价值。本文开发了一套智能轮椅运动控制系统,可实现对轮椅行驶速度规划运动控制以及与其他智能系统协调通讯等功能。主要工作内容体现在四个方面,即智能轮椅机械结构与运动控制系统总体方案设计、硬件电路设计、软件开发设计以及系统测试与应用。基于ARM Cortex-M3内核单片机,构建了“主控板+运动控制系统驱动器+执行器”的控制系统总体架构。主控板负责将摇杆控制命令信号差速解算处理后发送到运动控制系统驱动器;运动控制系统驱动器负责完成双路电机的差速驱动和速度规划等开闭环运动控制功能,以及系统工作状态数据的实时采集反馈;主控板、运动控制系统驱动器以及轮椅拓展搭载的其他智能系统模块通过CAN总线网络进行通讯,并制定了CAN总线通讯协议。硬件电路设计方面,基于STM32F103CBT6主控芯片,完成了MCU最小系统、电源供电、电机驱动、霍尔测速模块、通讯与数据存储以及安全防护等电路的原理图搭建和电子元器件的选型工作,并进行了PCB设计、打板与焊接测试;软件开发设计方面,基于μC/OS-II实时操作系统对运动控制系统软件架构进行了模块化的设计,实现了摇杆控制命令信号的电子差速解算、双路直流有刷电机的驱动控制、系统工作状态的采集反馈以及系统之间的CAN总线网络协议的通讯。最后,完成了智能轮椅运动控制系统平台并进行了软硬件整体调试以及项目示范应用。测试和应用结果表明:智能轮椅结构设计合理,运动控制系统实现了对轮椅行驶的速度规划运动控制功能,解决了与轮椅拓展搭载的其他智能系统模块协调通讯的不足,系统工作稳定可靠,满足智能轮椅日常使用和运动控制需要,为进一步研究开发适合老龄化社会的新型智能化轮椅产品奠定了一定的技术基础。
基于SSVEP脑电智能轮椅的研究与试验
这是一篇关于SSVEP,脑机接口,特征提取识别,智能轮椅的论文, 主要内容为近年来,随着人口老龄化不断加重、残障失能人士持续增多的现象日益加剧,解决他们的日常出行成为当前急需解决的社会问题。脑机接口技术的飞速发展和日益广泛应用使其成为了解决上述现象的重要手段,将脑机接口与轮椅结合,构建一种全新的、不依赖于外部神经、肌肉的控制通路,实现基于脑电控制轮椅移动具有重要的实际意义,其中稳态视觉诱发电位(Steady State Visual Evoked Potential,SSVEP)因具有高信噪比、无训练等优点成为了脑机接口领域的研究热点。为探索将先进的脑机接口技术用于帮助老年人和失能残障人士的日常生活出行,本文基于稳态视觉诱发电位研究高性能的脑电智能轮椅系统,采用便携式高分辨率设备开发接口,优化特征提取识别,对轮椅重新设计控制系统,通过实验能够稳定实现脑电控制轮椅。本文研究内容主要包括以下几个方面:(1)设计了一款视觉刺激器,该刺激器采用方波调制编码帧节画面以及Psychtoolbox编程来实现,之后运用光敏传感器实验验证了视觉刺激器闪烁频率的准确性,最后通过采集被试者注视视觉刺激时所产生的脑电信号进行频谱分析从而得到有效的稳态视觉诱发电位信号。(2)优化了稳态视觉诱发电位的特征提取识别,特征提取识别过程中通过使用自采数据集和清华大学数据集,对多个算法识别进行结果分析,最终选择出更高效的基于滤波器组的典型相关性分析算法。针对被试者个体差异性,提出了预筛选最佳频率,在最佳频率刺激下采集脑电信号,最终分析识别后发现其准确率和稳定性均有所提升。(3)搭建完成了脑电智能轮椅系统,该系统使用SDK软件包开发通信接口,实现了将在线采集的脑电数据传输到MATLAB中,通过编程截取诱发信号并进行预处理和特征提取识别,最终可以得到用于轮椅的控制指令。根据功能需求设计了轮椅控制系统,该系统与脑机接口部分建立通信实现控制指令传输,从而对轮椅精准控制。(4)设计了实验评估脑电智能轮椅系统,首先通过检测预实验选定被试者最佳刺激频率,然后利用脑控小车实验对单个指令进行多次识别控制,实验结果表明可达到95.94%识别准确率,实现指令传输稳定和避障安全可靠,验证了系统的可行性。最后在真实环境以及多种地图下进行脑控轮椅实验,结果表明被试者均能高效完成任务,准确率均在95.25%以上,其实时性和可控性都能够满足设计要求。
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