基于BCI的壁虎动物机器人遥控刺激系统研究

论文摘要

壁虎动物机器人是利用壁虎在天花板和墙壁上的运动能力,来弥补壁虎仿生机器人在机动性和适应性方面的不足。其研究工作可以分为两部分:寻找壁虎脑部运动代表区,制导其运动行为;在此基础上研制无线遥控刺激系统。本文进行了一套壁虎动物机器人遥控刺激系统的方案设计,并完成相应的软硬件设计。该遥控刺激系统基于脑-机接口技术,分为控制平台和刺激器两大部分。控制平台是由PC机、微控制器和无线收发芯片组成,用于输入并发送指令。刺激器是由微控制器和无线收发芯片组成,放置在壁虎的背部,用于接收指令并产生刺激信号,刺激壁虎运动,完成人工制导。本文首先介绍了国内外动物机器人及其遥控刺激系统的研究现状。在此基础上,设计得到一套壁虎动物机器人设计的遥控刺激系统设计方案。文章然后详细地介绍遥控刺激系统的软硬件设计工作。其中,硬件设计主要包括电源电路、串口通信电路、ATmega8的最小系统电路以及无线收发芯片外围电路。软件设计主要包括了PC机端的串口通信程序设计、无线通信的发送和接受程序设计以及信号发生器的程序设计。系统的改进工作主要包括无线通信芯片和刺激信号的改进。系统最终通过了动物活体实验。试验结果表明,该系统方便、实用。微刺激器接受到指令后,能产生有效的刺激信号,控制壁虎动物机器人运动。控制平台的重量小,携带方便,适合野外作业。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 仿生学
• 1.2 BCI 综述
• 1.2.1 BCI 的定义
• 1.2.2 BCI 的发展
• 1.3 课题背景
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 课题提出及本论文的主要工作
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 本论文的主要工作
• 第二章 壁虎动物机器人遥控刺激系统结构
• 2.1 遥控系统结构分析
• 2.2 芯片的选型
• 2.2.1 微控制器
• 2.2.2 无线传输芯片
• 2.3 本章小结
• 第三章 遥控刺激系统的电路设计
• 3.1 电源电路
• 3.1.1 控制平台电源电路
• 3.1.2 微刺激器电源电路
• 3.2 串口通信电路
• 3.2.1 串口通信方式的选择
• 3.2.2 单片机与微机的串口电路连接
• 3.3 微控制器最小系统电路
• 3.3.1 时钟电路
• 3.3.2 复位电路
• 3.3.3 ISP 接口电路
• 3.4 微控制器与无线传输芯片接口电路
• 3.4.1 ATmega8 与CC1000 接口电路
• 3.4.2 ATmega8 与CC1100 接口电路
• 3.5 本章小结
• 第四章 遥控刺激系统的软件设计
• 4.1 系统控制平台和微刺激器的程序分析
• 4.2 串口通信软件设计
• 4.2.1 PC 机上的串口通信软件设计
• 4.2.2 ATmega8 串口通信程序设计
• 4.3 无线通信程序设计
• 4.3.1 CC1000 无线通信程序设计
• 4.3.2 CC1100 无线通信的程序设计
• 4.4 CC1000 与CC1100 的比较
• 4.5 刺激信号发生程序设计
• 4.5.1 ATmega8 的16 位定时器
• 4.5.2 单向方波刺激信号
• 4.5.3 刺激信号强度
• 4.5.4 双波刺激信号
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统测试
• 5.1 急性试验
• 5.2 慢性试验
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果