便携式多模态人机接口系统及其在智能驾驶中的应用研究

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近年来,随着基于生物电信号的人机接口控制技术在康复设备、治疗设备领域的发展,已经成为语音控制、视觉感知等人机交互领域新的研究热点。为了帮助运动障碍人群提高生活自主能力,以及减少对于医护人员的依赖,本文提出一种便携式多模态人机接口,能够帮助运动障碍人群用来控制车辆行驶的过程,并在无障碍区域通行。其智能驾驶系统控制的实现方式是通过面部肌肉群左右侧咀嚼肌收缩产生,并在头部颞叶区的头皮采集的颞肌肌电信号,经过系统处理后来控制智能车的横向(左右)移动,以及利用眼动产生的眼电信号(EOG)来控制车辆启停移动。此系统的优点在于,一是利用采集脑电信号的通道来采集肌电信号,可以将电极全部集中在人体头部,比直接采集肌电信号更方便。二是肌电的带宽范围广,抗环境干扰能力较强,处理比EEG信号更简单;同时在前额采集眨眼信号具有高信噪比、波形稳定等特点。三是牙齿咬合在颞叶区产生的肌电信号实现连续控制输出。结合现有的相关技术,为了实现本文提出的系统设计,本文的主要工作如下:首先,人机协同驾驶系统的设计与实现,包括肌电和眼电的采集装置设计,信号处理模块设计,人机协同车辆转向系统的建模与分析,辅助驾驶系统设计,以及针对各个模块进行系统调试和程序编写等工作。其次,对系统进行离线分类模型验证和在线实验结果的稳定性和有效性分析。离线实验主要进行算法模型的验证和肌电和眼电信号参数的获取,并选择出效果较好且易于实现的算法模型用于系统的在线实验;利用在线实验对系统的稳定性和有效性进行验证,并统计相关性能参数信息并与目前已有的系统性能参数进行对比。本文的系统针对EOG和EMG信号的平均分类准确率为88.32%,平均误操作率有0.25次/min。只能初步具有人机协同驾驶功能,在未来的工作中,为了适应更多的使用者,特别是运动障碍的患者,需要更多的被试者数据,并进一步优化系统。
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