專(zhuān)利名稱(chēng)：腦控機(jī)器人系統(tǒng)的模糊離散事件共享控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于腦-機(jī)接口領(lǐng)域，涉及一種將腦電控制與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的機(jī)器人共享控制方法，特別涉及一種對(duì)驅(qū)動(dòng)腦-機(jī)接口系統(tǒng)狀態(tài)演變的離散事件進(jìn)行模糊化處理的控制方法。
背景技術(shù)：
腦-機(jī)接口(Brain-Computer Interface，BCI)是在人腦和計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備之間建立的一種不依賴(lài)于常規(guī)大腦輸出通道(外周神經(jīng)和肌肉組織)的直接信息交流和控制通道。BCI研究的初衷是為那些由于疾病使得部分或全部失去自主肌肉控制的人們提供一種與外界的交互方式，但隨著B(niǎo)CI技術(shù)的發(fā)展與成熟，BCI的應(yīng)用也逐漸廣泛起來(lái)，腦控機(jī)器人就是其中的研究熱點(diǎn)之一。腦控機(jī)器人技術(shù)將BCI和機(jī)器人控制技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)腦電信號(hào)的識(shí)別來(lái)達(dá)到對(duì)機(jī)器人的行為控制。對(duì)于一個(gè)實(shí)用的BCI系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要連續(xù)地在線(xiàn)分析腦電信號(hào)而不需要預(yù)先定義時(shí)間段，也就是所謂的異步BCI系統(tǒng)，它不僅能較準(zhǔn)確地檢測(cè)出意識(shí)控制狀態(tài)(intentional-control, IC),還能發(fā)現(xiàn)無(wú)控制狀態(tài)(no-control, NC)，也就是空閑狀態(tài)。但目前基于腦電信號(hào)的BCI系統(tǒng)的指令識(shí)別準(zhǔn)確率還不高，對(duì)于快速和復(fù)雜序列的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而言控制速度太慢，指令延遲程度嚴(yán)重，交互性能較差。近些年，對(duì)于BCI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制的研究主要集中于對(duì)于腦電信號(hào)的識(shí)別算法，例如Graz科技大學(xué)的BC1-1ab利用一類(lèi)運(yùn)動(dòng)想象電位進(jìn)行了虛擬場(chǎng)景中的輪椅前進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)，提出了一種logarithmic band power (BP)特征提取算法對(duì)IC和NC狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別；Mason等研究利用運(yùn)動(dòng)想象和自發(fā)運(yùn)動(dòng)相關(guān)電位提取實(shí)驗(yàn)，提出了空閑狀態(tài)無(wú)加據(jù)活動(dòng)的假設(shè)，在特定的頻帶范圍內(nèi)比較歸一化能量，給出了低頻異步開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)IC和NC兩種狀態(tài)檢測(cè)的方法；Tran等人發(fā)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)想象電位某些特定的頻段，IC狀態(tài)的EEG信號(hào)的復(fù)雜性低于NC狀態(tài)，因此提出一種基于選擇性子帶熵的狀態(tài)檢測(cè)方法等。雖然以上方法對(duì)識(shí)別準(zhǔn)確率有了一定提高，但對(duì)于一個(gè)具有連續(xù)動(dòng)力學(xué)特性的機(jī)器人系統(tǒng)而言，其控制信號(hào)的實(shí)時(shí)性難以保證，而且機(jī)器人的大小、機(jī)械特性各異，其所處的環(huán)境也是各不相同，甚至在相同的環(huán)境里，機(jī)器人每時(shí)每刻所處的傳感器能探測(cè)的范圍的環(huán)境也是不同的，這就造成了控制命令直接控制機(jī)器人難以達(dá)到預(yù)想控制效果的問(wèn)題。瑞士的Millan團(tuán)隊(duì)首次將腦控命令與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，采用共享控制方法使機(jī)器人的控制權(quán)在直接腦控和局部自主控制之間進(jìn)行共享和交互，修正機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡偏差，其方法證明了利用異步操作模式連續(xù)控制復(fù)雜機(jī)器人系統(tǒng)的可行性，但目前的控制方法并沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)的時(shí)滯和自適應(yīng)性做深入的研究分析，仍然存在著信息傳輸速率低、時(shí)延等問(wèn)題。因此需要在人腦和機(jī)器人之間建立一種輔助的共享控制方法，以彌補(bǔ)信息傳輸速率低、系統(tǒng)時(shí)延等問(wèn)題帶來(lái)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種腦控機(jī)器人系統(tǒng)的模糊離散事件共享控制方法。本發(fā)明利用模糊離散事件共享控制方法實(shí)現(xiàn)利用腦電信號(hào)對(duì)機(jī)器人的穩(wěn)定控制，它與傳統(tǒng)的基于時(shí)間的控制方法不同，基于事件的控制方法與時(shí)間無(wú)關(guān)，能夠有效改善腦機(jī)交互過(guò)程中的時(shí)延問(wèn)題，而模糊理論的引入則能夠有效的分析事件的不確定因素，從而彌補(bǔ)因腦控命令少而難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的連續(xù)命令控制的不足。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明采取的技 術(shù)方案是:一種腦控機(jī)器人系統(tǒng)的模糊離散事件共享控制方法，包括以下步驟:
(1)、利用腦電采集設(shè)備采集運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)下的腦電信號(hào)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征提取，計(jì)算分類(lèi)器參數(shù)從而構(gòu)建分類(lèi)器模型，然后對(duì)實(shí)時(shí)采集的運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)進(jìn)行特征提取與分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果作為對(duì)機(jī)器人施加的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)以及右轉(zhuǎn)的腦控命令；
(2)、對(duì)步驟(I)中檢測(cè)的腦控命令進(jìn)行離散事件控制，結(jié)合機(jī)器人系統(tǒng)的模糊離散事件自主控制實(shí)現(xiàn)人機(jī)共享控制，具體步驟如下:
(A)、建立腦控命令離散事件集，采用有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)一對(duì)腦控命令離散事件進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移建模，表示為:
權(quán)利要求
1.一種腦控機(jī)器人系統(tǒng)的模糊離散事件共享控制方法，其特征包括以下步驟: (1)、利用腦電采集設(shè)備采集運(yùn)動(dòng)想象任務(wù)下的腦電信號(hào)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征提取，計(jì)算分類(lèi)器參數(shù)從而構(gòu)建分類(lèi)器模型，然后對(duì)實(shí)時(shí)采集的運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)進(jìn)行特征提取與分類(lèi)，分類(lèi)結(jié)果作為對(duì)機(jī)器人施加的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)以及右轉(zhuǎn)的腦控命令； (2)對(duì)步驟(I)中檢測(cè)的腦控命令進(jìn)行離散事件控制，結(jié)合機(jī)器人系統(tǒng)的模糊離散事件自主控制實(shí)現(xiàn)人機(jī)共享控制，具體步驟如下: (A)、建立腦控命令離散事件集，采用有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)一對(duì)腦控命令離散事件進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移建模，表示為:
全文摘要
本發(fā)明屬于腦機(jī)接口領(lǐng)域，是一種腦控機(jī)器人系統(tǒng)的模糊離散事件共享控制方法，它是采用人腦控制命令與基于模糊離散事件系統(tǒng)的機(jī)器人自主控制相結(jié)合的方法，在線(xiàn)識(shí)別運(yùn)動(dòng)想象的腦電信號(hào)并以此作為優(yōu)先級(jí)最高的控制命令來(lái)控制機(jī)器人的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)行為，而當(dāng)無(wú)腦控命令時(shí)，則運(yùn)行基于模糊離散事件系統(tǒng)的自主控制模塊，把機(jī)器人的避障、靠墻行駛自主控制狀態(tài)模糊化，針對(duì)路徑中障礙物的大小，距離遠(yuǎn)近等模糊事件形成一個(gè)模糊離散事件系統(tǒng)。該發(fā)明通過(guò)共享控制的方法彌補(bǔ)了腦機(jī)接口信息傳輸速率低，識(shí)別錯(cuò)誤率高，控制時(shí)延等問(wèn)題，增強(qiáng)了機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的自適應(yīng)性。
文檔編號(hào)G05B13/04GK103116279SQ20131001522
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者劉蓉, 張 林, 王永軒, 劉敏, 王媛媛 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)