针对脑电控制假手的运动想象识别及其本体感觉反馈研究

【摘要】人手作为人类最灵巧的肢体器官之一，在人类认识世界、改造世界过程中扮演着重要的角色。人们一旦因为交通事故、工伤等意外情况而造成手的缺失，则会给其生活带来极大的不便，生理和心理上也会承受巨大的痛苦。仿生假手正是在这种情况下应运而生，理想的假手设计应满足下面两个要求，一方面要有高效可靠的控制方式，能够准确的获取使用者的操作意图，并准确控制假手的动作，另一方面要能够向人体反馈假手的位置状态、运动状态及周围环境信息等，让使用者通过假手间接获得感觉。本文结合课题“针对脑电控制假手的运动想象识别及其本体感觉反馈研究”的要求，根据运动想象脑电信号的神经机理，对运动想象脑电信号的采集、预处理、特征提取和模式分类等做了探讨，并将其与仿生假手的控制方法相结合，提出了脑电控制假手的系统组成及控制策略。更深入地，在研究了本体感觉反馈现象之后，提出将振动诱发的运动幻觉作为本体感觉反馈应用到脑电控制的假手上，通过其向使用者反馈假手的运动感觉，实现仿生假手更加自然的运动感觉反馈。本文主要完成了下列工作，并取得了部分创新成果：（1）对脑电控制假手的感觉反馈进行了深入的探讨，介绍了目前已应用于假手的感觉反馈方式。结合本体感觉和肌肉神经感知机制，阐述了经高频振动诱发的运动幻觉产生机理，并进行了振动状态下的本体感觉反馈实验，对运动幻觉的特性做了进一步的分析。提出利用腕部运动幻觉作为假手本体感觉反馈应用到脑电控制假手系统中。在此基础上，对基于脑电信号控制的假手及其本体感觉反馈系统方案做了详细的介绍。（2）针对使用传统EMD方法对脑电信号进行消噪时会导致某些IMF所包含的有用信号与噪声一起被过滤掉情况，提出了一种基于EMD小波阈值消噪的方法，克服了传统EMD去噪无法保留高频成分中有用信息的缺陷。同时，针对脑电信号中眼电伪迹干扰的问题，提出了一种基于二阶非平稳源的盲源分离算法来消除脑电信号中混杂的眼电伪迹，信号的预处理效果明显。（3）提出了采用模糊熵算法对脑电信号进行特征提取，模糊熵算法选择指数函数作为模糊函数来度量两个向量的相似性，避免了近似熵及样本熵使用二值函数方法缺乏连续性、对阈值的取值敏感、容易导致熵值突变的问题。结合运动想象脑电信号的ERD/ERS现象，提出利用C3、C4通道脑电信号的分段模糊熵差值作为特征向量，最后通过实验对分类效果做了评价与对比。（4）在脑电信号模式分类方面，首先介绍了线性分类方法，接着阐述了支持向量机的基本原理，讨论和分析了针对支持向量机中惩罚因子C及核函数中的参数变量最优选取的问题，阐述了基于GA优化的支持向量机算法原理，最后通过实验对算法效果进行了对比分析与讨论。
【作者】田京；
【导师】罗志增；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，模式识别与智能系统，2014，硕士
【关键词】脑机接口；仿生假手；经验模态分解；模糊熵；支持向量机；本体感觉反馈；

【参考文献】
[1]吕宁.基于企业生命周期视角的上市公司定向增发财务绩效研究[D].河北大学,会计学,2014,硕士.
[2]杨博,李宛洲,姜兆芳,史铜钢,吴冠元,孙永军.工业重载液压力伺服系统的抗扰动控制[J].自动化学报,2009,07:926-932.
[3]黄杏元.我国地理信息系统建设及进展(3)[J].现代测绘,2004,04:3-7.
[4]姬秋忆.后奥运时代我国体育外交探析[D].北京外国语大学,外交学,2014,硕士.
[5]蒋传鸿.风力机结冰翼型的气动性能分析及优化设计[D].重庆大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[6]潘瑞林,胡邦国,曹建华,刘德楼.考虑加热温度曲线的热轧批次计划研究[J].计算机集成制造系统.
[7]黄培培.普通名词“人”词义指称范围历时考察[D].华中师范大学,汉语言文字学,2014,硕士.
[8]杨钰.当代中国传媒意识形态特征探析[D].内蒙古大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[9]吴端振.CG3714基因突变对运动果蝇心脏节律增龄改变的影响[D].湖南师范大学,运动人体科学,2014,硕士.
[10]李红梅.基于经营者人力资本价值的动态激励机制研究[D].河北工业大学,技术经济及管理,2004,硕士.
[11]张如.解决成都市中心城区交通拥堵问题的对策研究[D].西南交通大学,公共管理,2013,硕士.
[12]肖攀.电化学阻抗法研究肺癌细胞在纳米复合材料上的生长和药物摄取[D].湖南大学,分析化学,2010,硕士.
[13]杜莉梅.市场经济下的政府有效干预研究[D].南京师范大学,行政管理,2012,硕士.
[14]饶品彬.EvaGreen多重实时荧光定量PCR同时检测多种猪病毒研究[D].浙江理工大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[15]伍帅.城市保障性住房公共服务设施设计研究[D].湖南大学,建筑学,2012,硕士.
[16]顾忠文.大连市中学体育课程资源现状与开发利用研究[D].辽宁师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[17]李志南.风机消声器的设计及机理研究[D].吉林大学,机械电子工程,2014,硕士.
[18]冯斯美.河流淤塞—反淤塞对渗透系数变化特征研究[D].西北大学,环境工程,2013,硕士.
[19]赵萌,齐佳音.基于购买行为RFM及评论行为RFMP模型的客户终身价值研究[J].统计与信息论坛,2014,09:91-98.
[20]孟南.基于ADI的异步电机无速度传感器矢量控制系统研究[D].安徽大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[21]王慧娟.中重核素的加速器质谱测量实验谱的预先研究[D].广西大学,理论物理,2004,硕士.
[22]闫德立,宋永端,宋宇,康轶非.一种改进的高斯混合概率假设密度SLAM算法[J].控制与决策,2014,11:1959-1965.
[23]张帆.小麦麸皮中低聚木糖的生物酶法制备技术研究[D].陕西科技大学,食品科学,2013,硕士.
[24]刘能宾.无线传感器网络数据收集公平性研究[D].西安电子科技大学,信息安全,2012,硕士.
[25]黎卫星.Micro-CT重建像元大小对颌骨骨小梁测量的影响[D].滨州医学院,口腔临床医学,2011,硕士.
[26]赵倩.北京—上海文化创意产业集聚效应对比研究[D].北京服装学院,服装设计与工程,2012,硕士.
[27]于博.浅析法西斯时期的德国文化[D].黑龙江大学,德语语言文学,2013,硕士.
[28]李雅琪.二极管泵浦掺铥（镱）硅酸钪脉冲激光特性研究[D].山东师范大学,2014.
[29]LamineKoutaKeita.复合酶制剂对肉鸡生长性能、抗氧化、免疫及肉品质的影响[D].南京农业大学,动物营养与饲料科学,2013,硕士.
[30]王静波.木制品加工企业安全生产标准化规范制定[D].首都经济贸易大学,安全工程（专业学位）,2013,硕士.
[31]高豪杰,刘伊生.村镇建设标准化的作用与价值[J].价值工程,2014,14:16-17.
[32]李丹霞,程榕,郑燕萍,孙勤,杨阿三,游远增,张振兴.两段节流蒸发两段压缩热泵干燥装置模拟分析[J].化工时刊,2014,06:18-21.
[33]刘凯.沈阳市城区科技进步评价研究[D].大连理工大学,技术经济及管理,2003,硕士.
[34]比买热木·阿不都艾海提.伊犁典型草原黑钙土腐殖质—矿物复合体的垂直分布规律研究[D].新疆农业大学,土壤学,2012,硕士.
[35]高军肖.植物油（籽）对牛奶共轭亚油酸前体物累积规律影响的研究[D].中国农业科学院,动物营养与饲料科学,2004,硕士.
[36]蒯苏苏.Web数据挖掘实现TOEFL式试题库自测功能的研究[J].农机化研究,2005,06:235-237.
[37]魏志刚.长江干线航道航行标志设施建设的研究[D].武汉理工大学,交通运输工程,2003,硕士.
[38]李善骥.术中神经电生理监测在桥小脑角肿瘤切除术的临床价值[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[39]吕栋鑫.社会保障水平与经济发展水平关系研究[D].上海工程技术大学,社会保障,2011,硕士.
[40]王刚强.大气扰动下无人直升机悬停/小速度段位置控制律设计[D].南京航空航天大学,导航、制导与控制,2013,硕士.
[41]张新华.浙江金融结构影响经济增长的实证研究[D].浙江理工大学,产业经济学,2014,硕士.
[42]张燕.江苏省城镇居民家庭金融资产选择行为的比较研究[D].南京航空航天大学,金融学,2013,硕士.
[43]李林.高中英语动词与名词搭配错误研究[D].东北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[44]徐健.基于金融共生理论的我国社区银行发展研究[D].苏州大学,金融学,2013,硕士.
[45]曹洋.人—组织匹配视角下知识型员工幸福感研究[D].西南交通大学,企业管理,2014,硕士.
[46]何文君.企业社会责任履行效果的分析与评价[D].首都经济贸易大学,会计学,2013,硕士.
[47]全炳旭.气候变化对吉林省水稻延迟型低温冷害影响的研究[D].吉林农业大学,作物栽培学与耕作学,2012,硕士.
[48]侯菲菲.延安时期中国共产党学习型政党建设及启示研究[D].北京交通大学,2014.
[49]周成勋.穿青人民族认同问题研究[D].贵州民族大学,民族学,2013,硕士.
[50]杨敏.网络舆情视阈下高校网络文化安全问题研究[D].华中师范大学,思想政治教育,2014,硕士.