[发明专利]脑控机器人系统的模糊离散事件共享控制方法

摘要

本发明属于脑机接口领域，是一种脑控机器人系统的模糊离散事件共享控制方法，它是采用人脑控制命令与基于模糊离散事件系统的机器人自主控制相结合的方法，在线识别运动想象的脑电信号并以此作为优先级最高的控制命令来控制机器人的前进、左转、右转行为，而当无脑控命令时，则运行基于模糊离散事件系统的自主控制模块，把机器人的避障、靠墙行驶自主控制状态模糊化，针对路径中障碍物的大小，距离远近等模糊事件形成一个模糊离散事件系统。该发明通过共享控制的方法弥补了脑机接口信息传输速率低，识别错误率高，控制时延等问题，增强了机器人在复杂环境中的自适应性。

主权项

1.一种脑控机器人系统的模糊离散事件共享控制方法，其特征包括以下步骤：（1）、利用脑电采集设备采集运动想象任务下的脑电信号作为训练数据，进行特征提取，计算分类器参数从而构建分类器模型，然后对实时采集的运动想象脑电信号进行特征提取与分类，分类结果作为对机器人施加的前进、左转以及右转的脑控命令；（2）对步骤（1）中检测的脑控命令进行离散事件控制，结合机器人系统的模糊离散事件自主控制实现人机共享控制，具体步骤如下：（A）、建立脑控命令离散事件集，采用有限状态自动机对脑控命令离散事件进行状态转移建模，表示为：其中，代表机器人前进、左转、右转运动状态的集合，是脑控命令事件的总集合，表示是转移函数，是机器人系统的初始运动状态；将脑控命令作为优先级最高的控制命令，通过TCP/IP协议传送至机器人，并以运动想象的持续时间作为机器人运动的控制变量，表示为：其中，代表前进命令下机器人行驶的距离，代表左转或右转命令下的转角大小，代表前进的线速度，代表转向的角速度，代表符号位，即有左转命令，右转命令；（B）、建立机器人自主行为的模糊离散事件集，采用模糊有限状态自动机进行状态转移建模，表示为：这里，代表机器人避障、靠左墙行驶、靠右墙行驶的有限模糊状态的集合,为状态转移模糊事件集，其中，表示驱动状态转移到状态的模糊事件，1、2、3分别代表机器人避障、靠左墙行驶、靠右墙行驶的模糊状态；表示是模糊转移函数；是机器人系统的初始模糊状态；机器人自主行为中避障和靠墙行驶描述步骤如下：（a）、通过机器人的激光传感器采集半径为4m，角度为负50^o至正50^o范围内的障碍物信息，计算其与机器人的距离OD与相对角度：其中，为机器人当前坐标，为障碍物起始点坐标，为障碍物终点坐标；将距离机器人最近障碍物的OD与输入至模糊算法，经模糊运算后，得出避障所需的速度与转角，机器人将以此参数行驶，从而实现自主避障行为；（b）通过机器人激光传感器采集半径为4m，角度为负90^o至正90^o范围内的直线路径信息，计算其与机器人的距离LD以及相对角度：其中，为直线路径的起始坐标，为终点坐标；将距离机器人最近直线路径的LD及相应输入至模糊算法，经模糊运算后，得到模糊输出的靠墙行驶所需的速度及转角，为2时表示机器人靠左墙行驶，为3时表示机器人靠右墙行驶；机器人以此参数驶向其距离最近的直线路径，并调整到距离该路径0.2m的水平位置后继续前进，从而实现自主靠墙行驶行为；（c）、结合机器人自主避障与靠墙行驶行为，建立机器人自主行为控制模糊离散事件系统，首先确定系统初始状态=，其中，表示时刻状态的隶属程度；然后对机器人激光传感器采集的环境信息进行常规模糊运算得到模糊关系映射，其中，表示从状态转移到状态的隶属程度；之后计算系统下一状态其中 ，“”为最大-乘积运算，最后计算最终行为：这里，和分别表示时刻机器人行为的线速度与转角，机器人以此参数行驶，实现自主控制。