Diseño de un clasificador de señales EEG provenientes de una interfaz BCI utilizando redes neuronales para controlar un robot hexápodo
En este trabajo se investigó, desarrolló e implementó un sistema clasificador de señales provenientes de una interfaz cerebro-computador o por sus siglas en ingles BCI (Brain Computer interface) mediante un algoritmo de clasificación llamado SVMs utilizando el software Matlab, con el fin de controla...
- Autores:
-
Escobar Ortiz, Andres Felipe
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2018
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:red.uao.edu.co:10614/10354
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/10614/10354
- Palabra clave:
- BeagleBone black
Ingeniería Biomédica
Redes neurales (Computadores)
Interacción hombre-robot
Diseño de sistemas centrado en el usuario
Hexápodo
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- openAccess
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En este trabajo se investigó, desarrolló e implementó un sistema clasificador de señales provenientes de una interfaz cerebro-computador o por sus siglas en ingles BCI (Brain Computer interface) mediante un algoritmo de clasificación llamado SVMs utilizando el software Matlab, con el fin de controlar los desplazamientos de un robot hexápodo. El control de la marcha requerida para que el robot realice los desplazamientos es programado desde una tarjeta de adquisición de datos llamada BeagleBone Black, a la cual se le implemento una red biológicamente inspirada llamada generador de patrones centrales (CPG – General pattern generator), esta red se implementó para el respectivo control de cada una de las extremidades del hexápodo para así generar una marcha tipo trípode mientras el mismo registra mediante una cámara los diferentes entornos con los que interactúa. Este proyecto se desarrolló con el fin generar cierto grado de independencia a personas en situación de discapacidad motora grave, por lo que se llevaron a cabo pruebas con una persona en condición de cuadriplejia con lesión medular a nivel cervical lo que le produce parálisis total en brazos y piernas. Las pruebas consistieron en situar la interfaz cerebro-computador llamada Emotiv Epoc+ en la cabeza de dicha persona para así registrar sus diferentes señales, luego de realizar la clasificación de las mismas se comunica el comando de dirección deseado por medio de Wifi a la tarjeta de adquisición de datos para que finalmente esta controle el desplazamiento del hexápodo dependiendo de patrón generado en las señales la persona |
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ADAFRUIT. [En línea]. Adafruit 16-channel servo driver with arduino. [Consultado el 12 de diciembre del 2017]. Disponible en internet: https://learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-driver BeagleBoard. [En línea]. BeagleBone Black. [Consultado el 6 de diciembre del 2017]. Disponible en internet: https://beagleboard.org/black CASTAÑEDA John A. La tecnología, cada vez mas cerca de lo imposible. En: Campus. Noviembre, 2012. p. 2 CUENCA, E. M. Fundamentos de Fisiología. Madrid: Thomson Editores. 2006. Vol 1. p. 754. EMOTIV. [en línea]. Comparison Chart. [Consultado el 5 septiembre de 2017]. Disponible en internet: https://www.emotiv.com/comparison/ EMOTIV. [en línea]. Comparison Chart. [Consultado el 8 septiembre de 2017]. Disponible en internet: https://www.emotiv.com/files/Emotiv-Epoc-Quick-Start-Guide-2015.pdf ESQUEDA, José y PALAFOX, Luis. Binarización de una imagen. En: Fundamentos de procesamiento de imágenes. 2005. p. 43. [Consultado el 19 de Marzo de 2018]. Disponible en internet: https://books.google.com.co/books?id=h4Gj8GuwPVkC&pg=PA43&dq=binarizaci%C3%B3n&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjnw4qnyaLaAhWD11MKHSunD1cQ6AEILDAB#v=onepage&q=binarizaci%C3%B3n&f=false ESQUEDA, José. Despliegue de imágenes RGB. En: Fundamentos de procesamiento de imágenes digitales. Noviembre, 2002. [Consultado el 19 de Marzo de 2018]. Disponible en internet: http://www.academia.edu/16801512/Fundamentos_de_procesamiento_de_im%C3%A1genes_digitales HOCHBERG, L. R. Reseach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. En: Nature. Mayo. 2012. Vol 485, p. 372-375. LOGITECH. [En línea]. WEBCAM C170. [Consultado el 3 de marzo del 2018]. Disponible en internet: https://www.logitech.com/es-roam/product/webcam-c170 METTATRON, Yogui. Más ondas cerebrales. [En línea]: Meditación sináptica. [Consultado 06 de Abril de 2018]. Disponible en internet: https://books.google.com.co/books?id=wVNWBgAAQBAJ&pg=PT156&dq=Estados+mentales+eeg&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiD0IGNlojaAhUKq1MKHZCkCF4Q6AEIQTAE#v=onepage&q=Estados%20mentales%20eeg&f=false MG995 High Speed Metal Gear Dual Ball Bearing Servo [En línea]. [Consultado el 11 de noviembre del 2017.]. Disponible en internet: http://www.electronicoscaldas.com/datasheet/MG995_Tower-Pro.pdf Ministerio de Salud y Protección Social. [En línea]. Analisis de situación de salud (ASIS). [Consultado el 5 de abril de 2018]. Disponible en internet: https://www.minsalud.gov.co/salud/publica/epidemiologia/Paginas/analisis-de-situacion-de-salud-.aspx National Instruments. [En línea]. ¿Qué es una señal modulada por un ancho de pulso (PWM) y para qué es utilizada? [Consultado el 5 de abril de 2018]. Disponible en internet: http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/AA1BDEA4AA224E3E86257CE400707527 OJEDA RUIZ, L. D. Sistema de control interpretando la actividad bioeléctrica de las señales cerebrales usando una interfaz BCI. Trabajo de grado Ingeniería Mecatrónica. Cali: Universidad autónoma de occidente. Facultad de ingeniería. Departamento de automatica y electrónica 2011. 14 p SHENDEN, P. M. Literature Review of Brain Computer Interface (BCI) Using Electroencephalogram Signal. En: International Conference on Pervasive Computing (ICPC). Enero, 2015. p. 10 – 11. HAYKIN, Simon. Neural Networks and Learning Machines: Support Vector Machines. Tercera edición. New York: Pearson, 1999. p. 938. TP-LINK. [En línea]. 300Mbps Mini Wireless N USB adapter TL-WN823N. [Consultado el 2 de marzo del 2018]. Disponible en internet: https://gzhls.at/blob/ldb/9/2/7/8/5d8930e14863ec0ae969f56baec4a45a4435.pdf TRUNG LE, DAT TRAN, TUAN HOANG, WANLI MA, AND DHARMENDRA SHARMA. Generalised Support Vector Machine for Brain-Computer Interface. En: Neural information processing. Noviembre, 2011. P. 692-700. [Consultado el 20 Noviembre de 2017]. VALDÉS, Fernando y PALLÁS, Ramón. [En línea]. Introducción a los microcontroladores. En: Microcontroladores: Fundamentos y aplicaciones con PIC. [Consultado el 19 de marzo de 2018]. Disponible en internet: https://books.google.com.co/books?id=ODenKGOHMRkC&pg=PA258&dq=que+es+un+puerto+serial&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiPj-2z6KTaAhVNyVMKHbMRCigQ6AEIKjAA#v=onepage&q=que%20es%20un%20puerto%20serial&f=false VELAYOS, J. L. Anatomía y Fisiología del sistema nervioso central. Madrid. CEU Ediciones, 2015, Vol 1. WOLPAW, J. R. Brain-Computer Interfaces Principles and practice. New york: Oxford University Press, 2012, p. 672. |
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El control de la marcha requerida para que el robot realice los desplazamientos es programado desde una tarjeta de adquisición de datos llamada BeagleBone Black, a la cual se le implemento una red biológicamente inspirada llamada generador de patrones centrales (CPG – General pattern generator), esta red se implementó para el respectivo control de cada una de las extremidades del hexápodo para así generar una marcha tipo trípode mientras el mismo registra mediante una cámara los diferentes entornos con los que interactúa. Este proyecto se desarrolló con el fin generar cierto grado de independencia a personas en situación de discapacidad motora grave, por lo que se llevaron a cabo pruebas con una persona en condición de cuadriplejia con lesión medular a nivel cervical lo que le produce parálisis total en brazos y piernas. Las pruebas consistieron en situar la interfaz cerebro-computador llamada Emotiv Epoc+ en la cabeza de dicha persona para así registrar sus diferentes señales, luego de realizar la clasificación de las mismas se comunica el comando de dirección deseado por medio de Wifi a la tarjeta de adquisición de datos para que finalmente esta controle el desplazamiento del hexápodo dependiendo de patrón generado en las señales la personaProyecto de grado (Ingeniero Biomédico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2018PregradoIngeniero(a) Biomédico(a)application/pdf74 páginasspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería BiomédicaDepartamento de Automática y ElectrónicaFacultad de IngenieríaDerechos Reservados - Universidad Autónoma de Occidentehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2instname:Universidad Autónoma de Occidentereponame:Repositorio Institucional UAOADAFRUIT. [En línea]. Adafruit 16-channel servo driver with arduino. [Consultado el 12 de diciembre del 2017]. Disponible en internet: https://learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-driver BeagleBoard. [En línea]. BeagleBone Black. [Consultado el 6 de diciembre del 2017]. Disponible en internet: https://beagleboard.org/black CASTAÑEDA John A. La tecnología, cada vez mas cerca de lo imposible. En: Campus. Noviembre, 2012. p. 2 CUENCA, E. M. Fundamentos de Fisiología. Madrid: Thomson Editores. 2006. Vol 1. p. 754. EMOTIV. [en línea]. Comparison Chart. [Consultado el 5 septiembre de 2017]. Disponible en internet: https://www.emotiv.com/comparison/ EMOTIV. [en línea]. Comparison Chart. [Consultado el 8 septiembre de 2017]. Disponible en internet: https://www.emotiv.com/files/Emotiv-Epoc-Quick-Start-Guide-2015.pdf ESQUEDA, José y PALAFOX, Luis. Binarización de una imagen. En: Fundamentos de procesamiento de imágenes. 2005. p. 43. [Consultado el 19 de Marzo de 2018]. 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[Consultado el 20 Noviembre de 2017]. VALDÉS, Fernando y PALLÁS, Ramón. [En línea]. Introducción a los microcontroladores. En: Microcontroladores: Fundamentos y aplicaciones con PIC. [Consultado el 19 de marzo de 2018]. Disponible en internet: https://books.google.com.co/books?id=ODenKGOHMRkC&pg=PA258&dq=que+es+un+puerto+serial&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiPj-2z6KTaAhVNyVMKHbMRCigQ6AEIKjAA#v=onepage&q=que%20es%20un%20puerto%20serial&f=false VELAYOS, J. L. Anatomía y Fisiología del sistema nervioso central. Madrid. CEU Ediciones, 2015, Vol 1. WOLPAW, J. R. Brain-Computer Interfaces Principles and practice. 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