论文总字数：23236字

摘 要

随着脑机接口技术的发展，人机交互的方式也发生了重大改变。这种新技术不仅能便利人们与机器交流，也能为残疾人提供了一种新的生活方式。

意念控制属于脑机接口技术，在意念控制迅速崛起的背景下，基于一款智能机器人设计了一套意念控制程序。要求从脑电采集开始，最终实现智能机器人能够被意念控制。设计内容包括脑电数据实时读取设计、MATLAB分析程序设计、C 模拟按键消息程序设计、mBlock程序设计。设计思路为先采集脑电数据，接着用MATLAB软件进行数据读取和分析，使用C 语言编写程序读取MATLAB分析结果，生成模拟按键消息发送到控制智能机器人的软件mBlock，mBlock通过2.4G无线模块将命令发送给智能机器人，完成意念控制的功能。选取了左右手运动想象脑电信号，基于事件相关同步化和去同步化原理，控制机器人的左右转，用放松和集中两种状态下的脑电节律控制机器人的停止和前进。

经实际测试，机器人在用户的意念控制下开始活动，但信号判别正确率还有待提高。最后讨论了设计方案的可移植性和分块设计的优点，经分析，设计方案的可移植性较强，分块设计更利于修改、重组和优化。

关键词：脑机接口，意念控制，实时读取

Abstract

With the development of brain-computer interface technology, the way of human-computer interaction has also undergone major changes. This new technology not only facilitates the communication of people and machines, but also provides a new way of life for people with disabilities.

Mind control belongs to brain-computer interface. Under the background of the rise of mind control, a mind control programs was designed based on an intelligent robot. It is required to start with the acquisition of brain electricity signal, and finally realize that intelligent robots can be controlled by idea. The design content includes real-time reading design of brain electricity data, MATLAB analysis program design, C analog key message program design, and mBlock program design. The design idea begins with the collection of EEG data, and then use MATLAB software to read and analyze the data. The program is written in C language to read the MATLAB analysis result, and the software simulates the key message sent to the software mBlock controlling the intelligent robot. The mBlock will use 2.4G wireless module to send commands. Commands are sent to intelligent robots to complete the method of mind control. Brain electrical signals imagining the motion of the left and right hands were selected, based on the principle of event-related synchronization and desynchronization, the robot was controlled to turn left and right. The EEG rhythm under both relaxed and centralized conditions was used to control the stopping and advancement of the robot.

After actual testing, the robot started its activity under the control of the user's mind, but the accuracy of signal discrimination still needs to be improved. In the end, the portability of the design scheme and the advantages of the block design are discussed. After discuss, the design program is more portable, and the block design is more conducive to modification, reorganization, and optimization.

KEY WORDS: mind control，brain-computer interface，real-time reading

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 研究现状综述 1

1.3 设计思路 2

第二章 mBlock部分设计 4

2.1 机器人连接方法 4

2.2 mBlock程序 4

第三章 模拟按键消息程序 5

3.1 模拟按键消息设计方案 5

3.2 模拟按键消息程序 5

第四章 MATLAB分析算法测试 7

4.1 EEG识别信号选取 7

4.2 脑电分析算法选取 7

4.3 算法测试所用数据说明 7

4.4 分析方案设计 7

4.5 测试结果及讨论 8

第五章 数据采集、读取与分析程序 10

5.1 脑电数据采集 10

5.2 脑电数据实时读取 10

5.3 伪实时读取控制程序设计 12

5.4 读取、分析程序设计 13

第六章 实测结果与讨论 14

6.1 实际测试结果 14

6.2 实测结果讨论 14

第七章 设计方案讨论 15

7.1 信息流动过程 15

7.2 操作使用步骤 15

7.3 可移植性讨论 15

7.4 分块设计的优点 16

第八章 展望 18

致 谢 19

参考文献 20

附录 21

第一章 绪论

选题背景及意义

随着科技不断发展，人机交互界面逐渐进步，从纯文本交互界面到窗口式，从键盘输入到触屏式，以及现在已经有很大进展的语音、指纹识别控制等等。人机交互的方式必将进一步发展，而已经展露锋芒一种新的方式就是意念控制。意念控制，即由脑电信号操纵机器。在意念控制中，不需要用户运动身体的任何一部分，只要在脑中思考，就可以由思考产生的脑电信号来控制机器活动，这无疑是人机交互界面的一大进步，为用户带来很大方便。

另一方面，对于有肢体残疾的用户，意念控制为他们提供了一种新的改变环境的方式。这些用户只需有正常的脑电活动信号，就可以操纵义肢等机器，为他们的生活带来新的可能。

研究现状综述

意念控制，就是使用脑电信号实现对机器的控制，属于脑机接口（brain-computer interface，BCI）技术。BCI是个人不通过脑的常用通道：神经末梢和肌肉而将信息或命令发送给外部世界的交流系统^[1]。

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