基于生物电识别的远程遥操作仿人机器人控制系统研究

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生理计算(包括认知、情感、表情等)与脑-机接口是当前新型的人机交互模式,近十年来在理论研究与实际应用等方面均取得了快速的发展和长足的进步,同时仿人机器人的研究已经从单纯的机构学领域,发展为结合了环境感知、智能决策、智能控制、人机交互、计算机网络与情感计算等多学科领域为一体的综合性交叉学科.本文将生理计算应用于仿人机器人,研究并设计了基于生物电识别的遥操作仿人机器人控制系统.本文首先介绍了基于生物电信号的机器人控制系统、脑-机接口与生物电信号的相关概念,对国内外研究状况进行了论述.然后阐述了基于生物电信号的机器人控制系统组成与应用,并对其关键技术进行了介绍.紧接着论文研究搭建了生物电信号控制的仿人机器人系统.对系统体系结构、数据的采集和流程等原理进行了详细阐述,在此基础上对系统进行了离线训练与在线控制实验,通过考察两个被测操作人员运用基于生物电信号的机器人控制系统仅仅使用生物电控制成功地将机器人移动到指定目的地,完成相同的任务生物电控制与手动控制执行比为1.15,验证了系统的有效性和控制的准确性.同时本文在研究了疲劳驾驶导致事故频出的背景下提出了新的概念:操作品质(quality of tele-operation, QoT),说明了其组成和生成原理.脑电感知系统实时监控采集并识别操作者生理信号变化,并对其表达的生理状态进行分析,通过神经网络的方法建立操作者疲劳程度与QoT关系模型.期望输出与实际输出误差小于0.03,证明了搭建的模型的有效性.然后将仿人机器人遥操作系统与生理监控相结合,实时调整控制系统参数以适应用户生理状态的变化,从而使整个机器人遥操作系统性能和稳定性达到最优.介绍了整个机器人遥操作系统组成.最后通过实验与非QoT系统对比分析验证了搭建系统的可靠性.最后对全文的工作进行了总结,说明研究的特色之处并对未来的工作进行了展望.
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