[發明專利]基于腦機接口的智能輪椅系統及其動作方法

有效

• 申請號: 201610405583.5
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN106074021B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 魯守銀;張營;高諾;高煥兵;王濤;隋首鋼
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: A61G5/04
• 分類號: A61G5/04;A61G5/10;A61B5/0476
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所11469
• 代理人: 趙文成

技術領域

本發明涉及腦機接口應用研究及智能輪椅領域，具體涉及一種基于腦機接口的智能輪椅系統及其動作方法。

背景技術

人口老齡化的加速必然導致老齡人口健康問題凸顯，高齡、失能和患病老年人的照料護理問題，更應該得到社會的普遍關注。但由于老年人醫療服務型行業發展的不完善性，制定出相應對策顯得尤為迫切。

腦機接口(Brain-Computer Interface，BCI)是一種新穎的人機接口方式。它是基于腦電信號，實現人腦與計算機或其他設備通訊和控制的系統，而不依賴于腦的正常輸出通路(外周神經系統及肌肉組織)，是一種全新的通訊和控制方式，在康復醫學和控制等領域有著較廣闊的應用前景。

目前智能輪椅可以實現自主定位、導航、避障等功能，但是一些患者最基本的一些照料(倒茶、喝水、開抽屜等)還是需要看護人幫助，對于一些患者可以通過語言或肢體語言表達自己的意圖，但是針對一部分完全喪失了運動能力和語言表達能力的患者，他們僅僅保留了正常人的思維能力，看護人并不能真正“讀懂”這些患者的意圖。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種既能夠實現基本的智能性(自主定位、導航、避障等功能)，又能幫助患者完成最基本的一些生活照料(倒茶、喝水、開抽屜等)，提高患者自理能力，改善患者生活質量的基于腦機接口的智能輪椅系統及其動作方法。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種基于腦機接口的智能輪椅系統，包括腦機接口系統、控制系統、視覺系統、智能輪椅本體、執行機構以及用于為各部分供電的電源管理系統，其中：

所述腦機接口系統用于與患者的大腦連接，所述腦機接口系統包括依次連接的若干干電極、多級放大電路、多級濾波電路和腦電信號處理器；

所述控制系統、視覺系統和執行機構均設置于所述智能輪椅本體上，所述腦電信號處理器和視覺系統的信號輸出端均連接所述控制系統的信號輸入端，所述控制系統的信號輸出端分別連接所述智能輪椅本體和執行機構，所述視覺系統的信號輸出端還連接所述智能輪椅本體和執行機構。

進一步的，所述腦機接口系統還包括參考電極和接地電極，所述參考電極和接地電極分別與所述多級放大電路連接。

進一步的，所述電源管理系統和控制系統均設置于所述智能輪椅本體的下部，所述電源管理系統為自主充電方式。

進一步的，所述執行機構包括機械臂和設置于所述機械臂末端的機械手，所述機械臂設置于所述智能輪椅本體的一側。

進一步的，所述機械臂上設置有防碰撞傳感器系統，所述機械手上設置有壓力傳感器。

進一步的，所述視覺系統包括智能輪椅視覺系統和外部視覺系統，所述智能輪椅視覺系統設置于所述機械臂的最后一關節上，所述外部視覺系統設置于室內的天花板上或墻壁上。

進一步的，所述腦機接口系統設置于用于患者佩戴的電極帽上。

上述基于腦機接口的智能輪椅系統的動作方法，包括：

步驟1：預先在所述機械手需要完成操作的任務目標上粘貼二維碼；患者先佩戴電極帽，然后對想要進行的某一自理行為產生相應的原始腦電信號；

步驟2：所述電極帽上的所述干電極采集所述原始腦電信號，并結合所述參考電極和接地電極得到較可靠的所述原始腦電信號；

步驟3：所述原始腦電信號經過所述多級放大電路、多級濾波電路和腦電信號處理器得到所述控制系統可以識別的控制指令，所述控制指令傳輸至所述控制系統；

步驟4：所述控制系統接受到所述控制指令，并完成相應的任務規劃，所述任務規劃包括任務目標的識別定位、對任務目標的操作、將任務目標送至原處；

步驟5：所述視覺系統對任務目標進行定位，之后所述智能輪椅本體在所述控制系統的控制下移動至任務目標處；

步驟6：所述智能輪椅視覺系統采集任務目標的圖像信息，并對任務目標進行定位，定位完成后，所述智能輪椅視覺系統對任務目標的圖像進行精確的大小、形狀及輪廓的識別；

步驟7：對任務目標完成精確的定位識別后，所述外部視覺系統進行所述智能輪椅本體和任務目標之間的測距定位，以及任務目標的三維坐標的推算；

步驟8：所述控制系統計算以所述機械臂的基座為原點的坐標系，完成所述機械臂與任務目標的點坐標的推算，規劃所述機械臂的運行軌跡，并記憶此次運行軌跡，根據對任務目標的識別定位，所述機械手完成對任務目標的所有操作；

步驟9：之后，所述機械臂以記憶的運行軌跡回到原來的位置，完成一次控制指令任務。