[發明專利]一種基于腦電控制的機械臂寫字裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201710374005.4
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107212883B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 高強;竇立祥;于曉;陳超
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: A61B5/0476
• 分類號: A61B5/0476;B25J9/16;G06F3/01
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 蒙建軍

本發明公開了一種基于腦電控制的機械臂寫字裝置及控制方法，涉及認知神經科學技術領域，其特征在于，至少包括：腦電采集設備；信號處理設備；所述信號處理設備接收腦電采集設備的采集信息，并將采集信息進行數據處理；具體的數據處理過程依次為：數據濾波，小波濾波，特征提取，分類，分類結果轉換，執行書寫動作的機械臂；所述機械臂接收信號處理設備的控制指令，并根據上述控制指令執行相應的指令動作。本發明具有操作簡單、使用安全、抗噪能力強、穩定性好的優點，為實現人機交互提供了一種現實可行的方案。

技術領域

本發明涉及認知神經科學技術領域，特別是涉及一種基于腦電控制的機械臂寫字裝置及控制方法。

背景技術

眾所周知，對于癱瘓，肌萎縮性側索硬化，中風等患者而言，與外界環境溝通一直是一種難題。但隨著計算機技術，臨床康復技術，心理學技術以及傳感器技術的不斷發展，使得腦機接口技術不再僅僅是一種幻想，而成為了一種現實的技術。

現有的用于溝通交流的腦機接口系統大多是利用計算機顯示屏上的交流。因此不能滿足癱瘓，肌萎縮性側索硬化，中風等患者想寫出實際文字的實際需求，同時大多數腦電采集系統具有笨重，昂貴等缺點，因此不能實際應用于患者的家庭生活中。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于腦電控制的機械臂寫字裝置及控制方法；該基于腦電控制的機械臂寫字裝置及控制方法通過采集腦電信息，通過數據處理后進而控制機械臂實現書寫的功能。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

一種基于腦電控制的機械臂寫字裝置，至少包括：

腦電采集設備；

信號處理設備；所述信號處理設備接收腦電采集設備的采集信息，并將采集信息進行數據處理；具體的數據處理過程依次為：

數據濾波，基于有限沖擊響應的0.01-32赫茲的帶通濾波器，提取與運動想象任務、咬牙任務、穩態視覺誘發任務相關的腦電信號，去除心電，工頻偽跡以及環境噪聲，提高腦電信號的信噪比；

小波濾波，基于小波變換分析，把腦電信號進行多層分解，分析每一層的腦電信號，找到有效的腦電信號部分，對有效的腦電信號部分進行重構，消除腦電信號中的基波漂移，提高腦電信號的信噪比；

特征提取，基于mu節律的二階矩能量分析，計算在不同運動想象任務下mu節律能量明顯的差異，降低特征分類的難度；基于典型相關性分析，計算在不同的穩態視覺刺激任務下相關系數的明顯不同，提供給信號分類；基于標準偏差和峰值距離分析，檢測咬牙任務的發生；

分類，基于線性分類器，利用特征提取中mu節律的二階矩能量對運動想象任務分析，求得不同任務下的能量差異，構造線性分類器，對運動想象任務的腦電信號進行分類；利用特征提取中典型相關性對穩態視覺刺激任務分析，比較不同視覺頻率刺激下的相關系數差異，找到最大值作為分類的輸出結果；利用特征提取中標準偏差和峰值距離對咬牙任務分析，構造線性分類器，對咬牙任務進行實時監測；

分類結果轉換，基于典型相關性分析，將穩態視覺刺激任務下的輸出結果轉換為相應的字符，每組字符即為一個控制指令；

執行書寫動作的機械臂；所述機械臂接收信號處理設備的控制指令，并根據上述控制指令執行相應的指令動作。

作為優選，本發明還采用了如下的技術方案：

進一步：所述腦電采集設備包括：采集P7、P8、O1、O2、FC5、FC6、F7、F8八個位置的腦電信號的電極傳感器、位于耳垂后方的CMS和DRL參考電極傳感器；以及腦電信號采集模塊；上述P7、P8、O1、O2、FC5、FC6、F7、F8八個位置為10-20國際標準導聯中定義的八個點位。

進一步：所述腦電采集設備通過WIFI模塊與信號處理設備進行數據交互。