毕业设计-基于脑机接口的智能轮椅原型机的研究

一项轮椅系统的智能研究大学马来西亚彭亨摘要——人们暂时的痛苦或永久的残疾是由于发生了疾病或事故，这种困难的情况下导致他们不能行走，使用轮椅变的至关重要，对于大多数的残疾人，手动轮椅或者电动轮椅都能满足他们的需要，但是，在严重的情况下，有些人使用不了轮椅，在这种情况下，轮椅的使用者不能独立使用，必须得依赖他人。

于是研究人员针对这种情况参与研究智能轮椅来解决这样的问题，本文讲述的就是研究智能轮椅系统。

它评估了当前可利用的技术以及讨论未来发展的方向，这正是研究人员的具体任务。

2007年在亚太地区发展残疾中心马来西亚的残疾人口大约达到了197519人，在海外，疾病控制和预防中心估计，在美国大约有5300万人有某种形式的残疾，其中有俩百万人每天都要依赖轮椅的日常任务和流动性。

这些病例中包括视力有问题的人、四肢瘫痪的人、脊髓损伤的人、帕金森病和认知缺陷的人等等。

因此，就需要依赖轮椅或者依赖亲人、依赖医院的护理医生来帮助他们。

使用轮椅既可以方便病人又可以减少对他人的依赖，自己可以照顾自己。

一些公司开始生产一些不同类型的所谓的“智能轮椅”。

智能轮椅可以被定义为一个独特修改驱动轮椅控制系统的装备的传感器和实体，与此同时也可以被定义为一个移动机器人，只不过附加了一个座位。

根据不同用户的需求，设计师设计出不同类型的智能轮椅来向他们提供援助，他的目的就是减少或者消除患者对移动轮椅的依赖，设计人员也要根据患者的需求来设计。

智能轮椅的一个缺点就是他们的价格远远高于手工或者简单的电气驱动轮椅。

临床医生和用户对于智能轮椅的价格被认为是根据商业化来评估。

最后，我们对正在研究的项目以及新的未来方向进行了讨论。

根据审查辛普森在2005年发表的论文，有许多设计智能轮椅的形式。

早期的智能轮椅移动机器人的席位被添加。

目前，最发达的智能轮椅是建立在通过修改商用轮椅的基础之上。

一些智能轮椅的设计为“附加组件”可以被附加到排污单位并且远离潜在轮椅，所有的这些设计都共享的目标是：缓解椅子的使用方法。

《基于脑机接口的智能轮椅》燕山大学 赵玉超 常凯 纪立双 扬明正指导老师: 王金甲 讲师，许成谦 教授摘要本文在查阅相关资料的基础上，要开发并实现BCI系统的应用，主要工作如下：1、充分调研国内外的研究状况，以及应用方式；2、利用国产放大器实现信号采集处理；以BCI2000为基础进行数据分析；3、实现轮椅的控制。

关键词:bci ；脑机接口 ；轮椅。

1．课题的立项背景、目的和意义　脑电是通过电极在头皮或颅内记录下来的脑细胞群的节律性电活动，是Berger在1929年发现的。

自发现以来，脑电的主要应用有：①脑功能研究；②疾病诊断；③生物反馈治疗；④推断人的想法或目的，从而构造脑机接口。

脑机接口是脑电的第四种应用。

脑计算机接口(Brain Computer Interface， BCI)，简称脑机接口，是指一种不依赖于脑的正常输出通路(即外周神经和肌肉)的脑一机(计算机或其他装置)通讯系统。

脑机接口的出现，使得用人脑信号直接控制外部设备的想法成为可能。

基于脑机接口原理设计的装置有望帮助神经肌肉系统瘫痪的病人实现与外界的交流(例如环境控制、轮椅控制、操作计算机等)。

　信号处理和模式识别方法涉及如何从EEG中提取出少量的有用的信息并分类。

BCI转换算法把信号特征(如节律幅值或神经元放电率)转换为具体的控制命令。

分别利用这些信息进行不同脑状态的区分，常用的特征提取算法如：FFT(Fast Fourier Transform Algorithm)、自相关AR(Autoregression)、参数估计、CSP(Common Spatial Patterns)、Butterworth低通滤波、遗传算法(Genetic Algohthm，GA)，算法的选择与所利用的信号特征及电极位置有关。

信号处理的目标是最终从信号中识别使用者的意图并执行，系统的首要任务就是最大化信噪比，尤其当噪声和信号极为相似时就显得更为重要提高信噪比的技术有很多。

浅谈智能轮椅的研究设计中国即将步入老年化社会，可与预见未来几十年，随着老龄化的加深，同时由独生子女政策的影响，子女们必将不能看护需要照顾的老人。

由于受到人力与资源的限制，一种更高效更便捷的智能轮椅有待开发。

本着为有所需要的老人，病人提供更好地服务，文章讨论如何开发出更智能、更便捷的智能轮椅。

在当前的市场分析中，研究了结合当下物联网技术方案，将轮椅使用状态进行时时管理，进行更人性化的功能实现。

标签：智能轮椅；物联网；人性化；远程监管1 概述目前美、德、日、法、加以及中国等国家对智能轮椅进行了研究，使智能轮椅具有记忆地图，智能避障，自动行走，爬楼地，与用户交互等多种功能。

鉴于此，研究了一种基于物联网接入，芯片智能控制的智能轮椅，并对控制系统进行模块化设计，有利于智能轮椅的功能扩展和升级。

本文介绍了在基于单片机作为核心控制，集成了陀螺仪，WIFI网络模块，温度感应，心律感应器和液晶显示模块。

方便易用，操作简便，用户显示界面友好，总体造价相对便宜划算。

2 智能轮椅特性优势在本次研究设计进行前，在对当下市场流行的智能轮椅进行了深入的调查和分析，得出以下的结论：智能轮椅要实现实现智能轮椅的人文实用性，科学先进性。

2.1 人文实用性智能轮椅要考虑到老年人，或是先天后天残肢者的健康等情况，实现科学性的人机交互。

实现他人遥控控制，自身独立控制行走和自动识别控制三种模式，其中模式的切换简单。

在使用过程中，满日常的行走外，还能实现轮椅-躺椅切换，在使用者休息时型变为躺椅。

通过自动控制模式，在设定的路线实现自由行走，满足如使用者如厕、吃药、就餐、睡觉等固定地点自动寻路。

2.2 科学先进性在当下兴起的物联网技术革命中，机-物的信息交互能夠实现信息节点的快速反应控制管理。

智能轮椅的核心处理器为单片机，在接入外置模块，如心律监控感应，温度感应，可实现对使用者的心率进行实时监控，为可能出现的情况采取数据，对使用者的身体健康状况负责；WIFI模块可实现智能设备接入控制，如使用者不方便对轮椅进行操控时，可由他人进行遥控控制；另接入红外超声模块，对障碍物进行避障和行进速率等功能控制，设置过程中对异常的障碍进行鸣笛提示，降低进行速率并对当前线路进行再规划。

本科毕业设计（论文）基于脑机接口的智能轮椅原型机的研究赵玉超燕山大学2010年 5 月本科毕业设计（论文）基于脑机接口的智能轮椅原型机的研究学院（系）：信息科学与工程学院专业：通信工程专业学生姓名：赵玉超学号：060104030065指导教师：王金甲答辩日期：燕山大学毕业设计（论文）任务书注：表题黑体小三号字，内容五号字，行距18磅。

（此行文字阅后删除）摘要摘要脑机接口（BCI Brain-Computer Interface）系统包含三大模块，脑电信号采集，信号处理以及设备控制,其中脑电信号的采集作为系统的第一步，对后续的影响是非常大的。

设备控制作为脑机接口（BCI）技术的最终目的，在BCI系统中扮演着很重要的角色。

本文在查阅大量国内外文献的基础上，吸收现有的BCI技术，制作出完整的基于脑机接口技术的智能轮椅的原型机，主要工作如下：1、充分阅读国内外文献，了解BCI系统的实现模式，同时紧密跟随国际上BCI软件发展，了解软件功能；2、研究开源软件BCI2000，结合g.tec公司的脑电信号放大器g.MOBllab+(8通道的EEG版本)建立脑电信号的采集环境，获取EEG信号；3、建立信号处理系统，对脑电信号进行处理；4、制作模拟轮椅系统；5、实现BCI系统各个模块之间的联调。

关键词脑机接口（BCI）；轮椅；无线传输；通信燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractBrain-Computer Interface system is consist of three modules,which are EEG acquisition,signal processing and equipment control.Among the three modules,EEG aquipment,as the first step of the system,has a great effect on other modules.To control equipments is the final purpose of BCI system,and it plays a very important role.I have read many relative documents and make a reference to nowadays technology to write this paper,and a wheelchair based on BCI technology will be shown by the text.The main work of the paper is as the following:1、reading as many documents as enogh to study nowadays BCI system,at the same time, following the step closely of the BCI software,studying the fuction of the software;2、to study BCI2000,an open source software,and establishing the module of data acquisition with the EEG amplifier g.MOBllab+,which has eight channels, produced by g.tec;3、to set up signal preocessing system to process the EEG signal;4、to manufacture the model of wheelchair；5、to implement uniting and adjustment of every module of BCI system。

基于脑电波传感器的智能轮椅控制系统• 55 •基于脑电波传感器的智能轮椅控制系统张坤\庄伟超\顾文杰\孙顺远U ，朱红洲\徐瑞1(1.江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122;2.江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室，江苏无锡214122)摘要:针对普通轮椅残障人士使用不便，智能化程度低等问题，提出了一种基于脑电波传感器的智能轮椅控制系统。

系统采用STM 32单片机为控制核心，以蓝牙透传的方式与脑电波传感器进行通信，在脑 电波信号数据流解析中，通过数字陷波器滤噪，并研究设计了改进的滑动窗口算法、特征提取算法和K - 近邻算法，实现了对脑电波信号的模式识别。

通过实验验证，该系统具有响应时间短和识别准确率高的 优点，完成了对轮椅运动轨迹的意念控制。

关键词：脑电波;STM 32;改进的滑动窗口算法;K -近邻;模式识别中图分类号:TP 391 文献标识码:A 文章编号J 000 -8829(2018)01 -0055 -04Intelligent Wheelchair Control System Based on Brain Wave SensorZHANG Kun 1, ZHUANG Wei -chao 1, GU Wen -jie 1, SUN Shun -yuan1ZHU Hong -zhou 1, XU Rui 1(1. School of Internet of Things Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;2. Key Laboratory of Advanced Process Control f o r Light Industry Ministry of Education,Jiangnan University, Wuxi 214122, China)Abstract ： In order to solve the problems of common wheelchair on inconvenience for disabled people and lowdegree of intelligence , an intelligent wheelchair control system based on brain wave sensor is proposed . The sys ­tem adopts STM 32 microcontroller as the control core and communicates with the brain wave sensor via blue ­tooth transparent transmission . In the analysis of the brain wave data steam , the digital trap filter is used to de - noise , and the improved sliding window method , feature extraction algorithm and K-nearest neighbor algorithm are studied and designed , the pattern recognition of brain wave is achieved . The experimental results prove that this system has the advantages of short response time and high recognition accuracy , and completes the idea control of the wheelchair 9 s movement .Key words ： brain wave ; STM 32; improved sliding window method ; K-nearest neighbor ; pattern recognition算法的设计和硬件的搭建，实现了脑电波信号对轮椅 运动的控制。

基于脑电控制的多功能智能轮椅系统沈子扬【摘要】由于社会老龄化进程的加快以及各种交通、工伤等意外事故,社会上的老年人以及残障人士的生活与出行方式成为社会关注的热点.智能轮椅作为残障人士以及老年人优越的代步工具,在科技不断发展的今天得到了快速的发展.本文针对有运动功能障碍及视力障碍的残障人士与老人,提出了一种基于脑电控制的多功能智能轮椅系统设计方案,将脑电波信号通过蓝牙设备发送给计算机,计算机根据相应信号来控制轮椅运动,并且实现了智能轮椅的避障、导航等多功能,真正意义上实现了简单、快速、高效地控制轮椅的运动,该设计方案具有广阔的应用前景.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】2页(P148,150)【关键词】脑电波;智能轮椅;避障;导航【作者】沈子扬【作者单位】山东临沂一中【正文语种】中文目前，我国存在很多残障人士，包括视力残疾，肢体瘫痪等。

他们丧失了大部分生活自理能力，如：行走，动手及说话能力。

如何利用科学技术改善他们的生活质量帮助他们恢复生活自理能力是科学服务于社会的一个重要方向[1]。

尽管现在的一些智能轮椅已经实现了自主导航、避障、语音驱动等诸多功能，但这依然不能满足一些几乎丧失行为能力与语言能力的重症残疾人。

虽然他们的语言能力与肢体功能已经丧失，但是他们的大脑思维与正常人基本无差异，因此我们可以利用大脑产生的脑电生理信号来控制高性能智能轮椅。

因此，设计一款脑控智能轮椅是非常有必要的，这样可以帮助一些重症残障人士在保障安全的前提下能够获得更大限度的自由，使他们能更好地去感受这世界[1]。

智能轮椅是以电动轮椅为基础和传统电动轮椅相比融合了计算机控制系统传感器技术以及通信技术。

目前，大多数轮椅都是通过手动操作、语音识别等方式来操作轮椅运动控制的，但是对于那些手指不灵活说话困难视力残疾等的重症残障人士来说要操作手柄通过语音控制来操作轮椅都是相当困难的。

近年来，有很多新式的轮椅诞生，但许多轮椅依旧没有达到在灵活性，自动化等方面的要求，而且许多新式的轮椅存在操作繁琐，反应时间长，易发生安全事故等弊端[3]。

华中科技大学武昌分校毕业设计（论文）智能轮椅的设计（机械部分）系别：机电与自动化学院专业班：机电1201班姓名：胡天华学号：20121100016指导教师：李奕2016年5月智能轮椅的设计（机械部分）Design Of Intelligent wheelchair (Mechanical part)摘要轮椅在老年人以及残疾人的生活中扮演着重要的角色，随着社会的发展，特别是城市的快速扩张和建设，以及人口老龄化问题越来越严重和残障者数量的不断增加，对辅助步行工具的需求日益提高。

而高楼大厦鳞次栉比，越来越多的天桥，公园的台阶，小区上下楼等，却越来越困扰着轮椅使用者。

轮椅作为残障者的唯一出行工具，受到了越来越多的制约，传统轮椅已经不能满足多数人的需求。

而随着科技的发展及技术的进步，轮椅，应该被加以改进以适应现代社会的环境。

综上所述，本文在经过研究论证的基础上，采用行星轮机构，针对本文中所使用的双电机分别驱动左右轮的方案，在平地行驶时，使用电机驱动，四轮着地。

通过控制两侧车轮的转速从而实现转弯控制。

爬楼时，通过行星轮翻转来实现上下楼梯行走。

关键词：爬楼轮椅行星轮机构设计AbstractWheelchair play in the life of the disabled and the elderly in an important role, along with the development of society, especially the rapid expansion and construction of the city, as well as an increasingly serious problem of population aging and the increasing number of persons with disabilities, to assist walking the increasing demand for tools. And row upon row of tall buildings, more and more bridges, stairs park on a cell downstairs, etc., are increasingly plagued wheelchair users. As the only handicapped wheelchair travel tools, has been more and more restricted, conventional wheelchairs can not meet most people's needs. With the advancement of technology and the development of technology, the wheelchair should be modified to adapt to the environment of modern society.In conclusion, on the basis through feasibility studies on the use of planetary gear mechanism, for dual motor used herein, the left and right wheels are driven scheme, when the ground running, use motor drive, four-wheel ground. Having four-wheel drive characteristics. By controlling the rotational speed of the wheels on both sides, to achieve turn control. When climbing stairs, driving motor is rotated by another planet rocker, two pairs of wheels alternately the ground, in order to achieve and down stairsKey words: Climbing stairs wheelchair planetary gear Mechanism Design目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论.................................................................................................... 错误！未定义书签。

智能轮椅研究报告摘要智能轮椅作为一种新型的辅助设备，将传统的轮椅与智能技术相结合，为行动不便的人群提供了更加便捷和舒适的出行体验。

本报告对智能轮椅的研究进行了概述，包括智能轮椅的定义、发展历程以及主要技术和应用。

通过对相关文献的调研和分析，我们发现智能轮椅在提高行动不便人群的生活质量和社会参与方面具有重要意义。

但是，智能轮椅在实际应用中仍面临诸多挑战，如安全性、可靠性和成本等方面的问题。

因此，进一步研究和改进智能轮椅的技术和性能对于推动智能轮椅的发展具有重要意义。

1. 引言1.1 背景随着人口老龄化和行动不便人群的增加，传统的手动轮椅已经无法满足他们的出行需求。

智能轮椅作为一种新型的辅助设备，在提高行动不便人群的生活质量和社会参与方面扮演着重要角色。

智能轮椅利用智能技术和机械装置，使用户能够通过语音、手势或脑机接口等方式操控轮椅的运动，实现更加灵活自如的行动。

1.2 目的本报告旨在对智能轮椅的研究进行概述，包括其定义、发展历程、主要技术和应用等方面的内容。

通过对智能轮椅的研究和分析，我们希望进一步了解智能轮椅的现状和未来发展，并提出一些改进和优化的建议。

2. 智能轮椅的定义和发展历程2.1 定义智能轮椅是一种利用智能技术和机械装置实现自主操控的轮椅。

它通过语音识别、手势识别、脑机接口等方式，使用户能够自如地控制轮椅的运动。

2.2 发展历程智能轮椅的发展可以追溯到上世纪70年代。

最早的智能轮椅是由美国麻省理工学院团队开发的，它利用计算机和传感器技术实现了轮椅的自主导航和避障功能。

随着科技的进步和智能技术的发展，智能轮椅逐渐趋于成熟。

现代智能轮椅不仅具备自主导航和避障功能，还能够通过语音和手势识别实现人机交互，为用户提供更加个性化的服务。

3. 智能轮椅的主要技术3.1 语音识别技术语音识别技术是智能轮椅的核心技术之一。

通过语音识别技术，用户可以通过口头命令控制轮椅的运动和功能。

智能轮椅通过将用户的语音指令转化为机器可理解的指令，从而实现语音操控轮椅。

本科毕业论文题目智能轮椅的运动学分析系自动控制系专业班级学号学生姓名指导教师完成日期毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。