35、基于增强现实的脑控球形机器人研究

基于增强现实的脑控球形机器人研究

1. 引言

近年来，球形机器人因其独特的结构受到了广泛关注。球形机器人通常是带有球形外壳的移动机器人，其球形结构使机器人能轻松向任意方向移动，密封外壳还可保护内部组件免受恶劣工作环境影响。它可通过改变质心位置、产生角动量或变形球壳等方式进行控制。

脑机接口（BCI）是一种将人脑与外部设备相连的先进技术。经过多年发展，一些BCI范式在人机交互中取得了出色表现，如用于机械臂和轮椅控制。与传统人机交互相比，BCI具有无需用户进行物理动作即可发出命令的优势，还能增强人体能力，在娱乐领域提供刺激体验。其中，基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的BCI具有高信息传输率和鲁棒性。当受试者注视周期性视觉刺激时，可稳定测量到相同频率或其谐波频率的脑电图（EEG）信号。

传统基于SSVEP的BCI范式依赖于计算机显示器上的周期性视觉刺激，交互性较差。而增强现实（AR）技术的融合可以将视觉刺激作为虚拟元素呈现在用户面前，增强体验的沉浸感。目前，脑机接口与增强现实技术的结合是研究热点。

本研究旨在设计一个基于SSVEP的BCI系统来控制球形机器人，视觉刺激通过AR呈现，同时结合其他虚拟对象。但将AR与BCI结合用于机器人控制面临诸多挑战，如刺激物要易于注视且不遮挡主要视觉区域，需实现机器人的精确定位以使其与虚拟环境正确交互，还需精心设计机器人的速度和时间参数以获得更好的控制性能。

2. 材料与方法

2.1 受试者

招募了六名健康受试者（五男一女，平均年龄20 ± 2岁）参与实验。所有受试者视力正常或矫正后正常，实验获得了上海交通大学伦理委员会的批准，所有受试者在参与前均提供了知情同意书