21271

21271

طراحي و گسترش يك سامانه ي واسط مغز - رايانه براي كنترل برخط حركت يك بازوي رباتي با پنج درجه‌ آزادي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيوالكتريك

1395-1398

1398/7/20

دكتر عباس عرفانيان اميدوار

برق

واسط مغز كامپيوتر يك مسير ارتباط مستقيم بين مغز انسان و دستگاه‌هاي خارجي است. چنين سيستم‌هايي اين امكان را مي‌دهند تا از طريق اندازه‌گيري مستقيم فعاليت مغز بدون نياز به مسير ارتباطي طبيعي، ارتباط يا كنترل موردنظر را برقرار كنند. سيگنال P300 يكي از انواع پتانسيل¬هاي مغزي مي¬باشد كه در سامانه¬هاي BCI استفاده مي¬شود. در اين تحقيق، از تحريك بينايي براي بر انگيخته شدن سيگنال P300 با هدف كنترل برخط حركت يك بازوي رباتي با پنج درجه‌ي آزادي استفاده شده است. بدين منظور، دو واسط گرافيكي كاربر (GUI) براي انتخاب مفصل بازوي رباتي و انتخاب جهت حركت مفصل مربوطه طراحي شده است. هدف نوآوري جديد در طراحي¬GUIها بر اين بوده است كه باعث افزايش دقت در حالت تفكيك آيتم¬هاي هدف از غير هدف، باشد. كاربر مي¬تواند از GUI انتخاب مفصل يكي از درجات بازوي رباتي را انتخاب و وارد GUI انتخاب جهت حركت شود تا جهت حركت آن مفصل را انتخاب كند و بازوي ربات را كنترل نمايد. علاوه بر اين، يك سوييچ مغزي براي سامانه طراحي شده است كه كاربر بتواند سامانه را هر زمان كه خواست وارد حالت كنترلي و يا غيركنترلي كند. براي تفكيك آيتم هدف از آيتم¬هاي غيرهدف، از الگوريتم تحليل تفكيك فضايي-زماني براي استخراج ويژگي و شبكه عصبي كانولوشنال براي طبقه‌بندي استفاده شده است. در آزمايشات برخط، دقت طبقه¬بندي براي انجام وظيفه¬ي انتخاب مفصل Base و تاييد آن و انتخاب جهت حركت آن و برگشت به صفحه انتخاب مفصل و كنترل ديگر مفاصل به منظور برداشت يك شيء و انداختن آن در يك ظرف مشخص گرديد كه توسط كاربران صورت گرفته است و ميانگين دقت برابر 96/94% با نرخ انتقال اطلاعات 64/26 بيت بر دقيقه به دست آمده است.

1398/08/14

Design and develop a brain-computer interface for controlling the online motion of a robot arm with five degrees of freedom

10/11/2020 12:00:00 AM

The brain computer interface is a direct link between the human brain and external devices. Such systems allow for direct communication or control through direct measurement of brain activity without the need for a natural communication path. The P300 signal is one of a variety of brain potentials used in BCI systems. In this study, visual stimulation was used to stimulate the P300 signal with the aim of online controlling the motion of a robotic arm with five degrees of freedom. For this purpose, two graphical user interfaces (GUIs) are designed to select the robot arm joint and to select the direction of movement of the respective joint. The goal of the new innovation in designing GUIs is to increase the accuracy of separating target items from non-targets. The user can select one of the robotic arm degrees from the joint selection GUI and enter the direction selection GUI to select the direction of movement of that joint and control the robotic arm. In addition, a brain switch is designed for the system so that the user can enter the system at any time, either in control or non-control mode. To distinguish the target item from the non-target items, a spatial-temporal analysis algorithm was used to extract the feature and the convolutional neural network for classification. In online experiments, the classification accuracy for performing the Base Joint selection task and its confirmation and selection its movement direction and returning to the Joint selection GUI and other Joint Controls for grasping an object and dropping it into a container specified by the user. The averaged results achieved an information transfer rate of 26.64 bits per minute with a 94.96% accuracy.