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基于BCI的壁虎动物机器人遥控刺激系统研究

作　者: 李海鹏
导　师: 郭策
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 壁虎动物机器人 脑-机接口技术 遥控刺激系统 微控制器 无线收发芯片
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 100次
引　用: 3次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-26
  1.1 仿生学  12-13
  1.2 BCI 综述  13-15
    1.2.1 BCI 的定义  13-14
    1.2.2 BCI 的发展  14-15
  1.3 课题背景  15-17
  1.4 国内外研究现状  17-24
    1.4.1 国外研究现状  17-21
    1.4.2 国内研究现状  21-24
  1.5 课题提出及本论文的主要工作  24-26
    1.5.1 课题来源  24
    1.5.2 本论文的主要工作  24-26
第二章 壁虎动物机器人遥控刺激系统结构  26-36
  2.1 遥控系统结构分析  26-28
  2.2 芯片的选型  28-35
    2.2.1 微控制器  28-31
    2.2.2 无线传输芯片  31-35
  2.3 本章小结  35-36
第三章 遥控刺激系统的电路设计  36-46
  3.1 电源电路  36-37
    3.1.1 控制平台电源电路  36
    3.1.2 微刺激器电源电路  36-37
  3.2 串口通信电路  37-39
    3.2.1 串口通信方式的选择  37-38
    3.2.2 单片机与微机的串口电路连接  38-39
  3.3 微控制器最小系统电路  39-41
    3.3.1 时钟电路  39
    3.3.2 复位电路  39-40
    3.3.3 ISP 接口电路  40-41
  3.4 微控制器与无线传输芯片接口电路  41-44
    3.4.1 ATmega8 与CC1000 接口电路  41-43
    3.4.2 ATmega8 与CC1100 接口电路  43-44
  3.5 本章小结  44-46
第四章 遥控刺激系统的软件设计  46-64
  4.1 系统控制平台和微刺激器的程序分析  46-47
  4.2 串口通信软件设计  47-51
    4.2.1 PC 机上的串口通信软件设计  47-50
    4.2.2 ATmega8 串口通信程序设计  50-51
  4.3 无线通信程序设计  51-59
    4.3.1 CC1000 无线通信程序设计  51-54
    4.3.2 CC1100 无线通信的程序设计  54-59
  4.4 CC1000 与CC1100 的比较  59-60
  4.5 刺激信号发生程序设计  60-63
    4.5.1 ATmega8 的16 位定时器  60-61
    4.5.2 单向方波刺激信号  61
    4.5.3 刺激信号强度  61-62
    4.5.4 双波刺激信号  62-63
  4.6 本章小结  63-64
第五章 系统测试  64-66
  5.1 急性试验  64
  5.2 慢性试验  64-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 总结  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
在学期间的研究成果  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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