[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器視覺的動物機(jī)器人刺激參數(shù)測定系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811283293.3
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109262656B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊俊卿;隋美娥;槐瑞托;汪慧;孫博;李玉霞;蘇濤;楊瑞東;蘇學(xué)成
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;G06T3/40;G06T7/20
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 種艷麗

本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的動物機(jī)器人刺激參數(shù)測定系統(tǒng)和方法，屬于動物機(jī)器人控制領(lǐng)域，該系統(tǒng)利用機(jī)器視覺技術(shù)獲取動物機(jī)器人的運動軌跡和轉(zhuǎn)動方向，可更精確和定量化的分析動物機(jī)器人的運動行為；并進(jìn)一步地定量化分析出刺激參數(shù)與動物機(jī)器人受控行為的對應(yīng)關(guān)系，從而確定出適于特定動物個體的最佳刺激參數(shù)，為動物機(jī)器人的實用化研究提供必要信息；通過機(jī)器視覺代替了人工判斷，基于本發(fā)明所提出的方法不僅保證了實驗流程的標(biāo)準(zhǔn)性和實驗數(shù)據(jù)的客觀性，進(jìn)而得到客觀一致的刺激參數(shù)測定結(jié)果；同時，大大減少了原來由人工刺激參數(shù)測定實驗所帶來的低價值勞動，提高了動物機(jī)器人的研究效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于動物機(jī)器人控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的動物機(jī)器人刺激參數(shù)測定系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

動物機(jī)器人是指利用動物的運動機(jī)能，通過對動物的感覺傳入神經(jīng)進(jìn)行刺激，實現(xiàn)人為的控制或引導(dǎo)動物的某些行為，也稱“半電子人(cyborg)。動物機(jī)器人利用腦機(jī)接口(Brain Computer Interface，BCI)技術(shù)，實現(xiàn)外部控制與生物腦區(qū)之間的直接信息交互，完成精確的控制動物機(jī)器人的行為。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式機(jī)器人，動物機(jī)器人由于利用了生物作為其驅(qū)動載體，大大簡化了機(jī)器人設(shè)計中的運動控制等模塊。同時動物機(jī)器人在面對突發(fā)狀況或者復(fù)雜的地理環(huán)境時，能夠依靠其生物本能對突發(fā)狀況做出快速有效的處理，有更高的靈活性、環(huán)境適應(yīng)性能力和隱蔽性。而且動物機(jī)器人依靠其覓食行為，不需要外部設(shè)備提供運動所需能源，極大減少了機(jī)器人的能源消耗，提升續(xù)航時間。

所謂動物機(jī)器人，就是以活體動物為本體、用編碼電信號控制其大腦神經(jīng)或肌肉，以實現(xiàn)對本體控制的智能動物。但由于動物個體差別和手術(shù)過程中定位誤差，使得控制動物機(jī)器人所需要的電刺激參數(shù)具有差異性。因此，通過刺激實驗為每一個動物機(jī)器人的每一刺激通道獲取實驗數(shù)據(jù)進(jìn)而選定適宜的刺激參數(shù)是動物機(jī)器人研究過程中的重要環(huán)節(jié)，我們稱這一實驗環(huán)節(jié)為“刺激參數(shù)測定實驗”。該實驗對動物機(jī)器人研究至關(guān)重要，它將為后期的動物機(jī)器人實用化研究提供先驗信息。

現(xiàn)階段的刺激參數(shù)測定實驗，主要依靠人工操作，需要實驗人員結(jié)合自身操作經(jīng)驗，不斷調(diào)整刺激參數(shù)并持續(xù)觀察動物的運動行為，同時記錄實驗過程中刺激參數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定出最合適的刺激參數(shù)。但這種工作方式有很多的不足之處：其一，實驗存在因人而異的隨意性，不同的實驗人員由于其經(jīng)驗和理解等方面的差異，加之實驗人員的主觀性，致使在相同實驗過程并不能得到一致性的記錄結(jié)果，比如記錄特定參數(shù)電刺激下的動物機(jī)器人轉(zhuǎn)動角度，通過人眼判斷轉(zhuǎn)動角度，偏差在所難免。這種由人為因素帶來的不一致性記錄結(jié)果，將給刺激參數(shù)與轉(zhuǎn)動角度的對應(yīng)關(guān)系的分析和研究帶來不利影響，最終導(dǎo)致不能得到兩者關(guān)系的客觀規(guī)律。其二，由于操作人員注意力、體力等生理局限無法做到長時間、高標(biāo)準(zhǔn)的投入到實驗過程中，時常會漏掉一些關(guān)鍵的測試環(huán)節(jié)，盡管漏掉的測試可以補做，但已破壞了實驗流程的一致性，沒有標(biāo)準(zhǔn)化的實驗流程將不能得到一致的實驗結(jié)果。其三，基于人工操作的刺激參數(shù)測定實驗消耗時間長，同時也增加人力和財力成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于機(jī)器視覺的動物機(jī)器人刺激參數(shù)測定系統(tǒng)及方法，設(shè)計合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有良好的效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于機(jī)器視覺的動物機(jī)器人刺激參數(shù)測定系統(tǒng)，包括測控系統(tǒng)和刺激器；測控系統(tǒng)主要由工業(yè)相機(jī)、PC機(jī)和無線通訊模塊A組成；刺激器主要由微處理器、多通道編碼信號發(fā)生器、無線通訊模塊B和基本功能電路組成；

工業(yè)相機(jī)，通過USB接口與PC機(jī)連接，被配置為用于采集刺激實驗過程中的動物機(jī)器人的運動狀態(tài)，將視頻數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)；

無線通訊模塊A，通過串口與PC機(jī)連接，被配置為用于將來自PC機(jī)的數(shù)據(jù)無線發(fā)射出去；