[實用新型]一種基于BCI的飛行器控制系統

有效

• 申請號: 201720405541.1
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN207529230U
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 孟凡利;張學軍;楊穎;諸葛徐凱
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李湘群

本實用新型公開了一種基于BCI的飛行器控制系統，包括腦電采集裝置、便攜式腦電信號處理控制器和四旋翼飛行器。腦電采集裝置包括開源腦電波設備、串口通信模塊，當使用者發出某種命令時，相應腦電信號會被傳送至便攜式處理控制器。便攜式腦電信號處理控制器包括Linux嵌入式處理器、無線通信模塊，當Linux嵌入式處理器接收到腦電信號并識別出相應指令后，通過無線傳輸模塊將命令發送給四旋翼飛行器。四旋翼飛行器設有飛行控制器、姿態傳感器，飛行控制器通過無線端口接收相應命令并控制飛行器產生指定動作，并利用姿態傳感器反饋姿態進行校正。本系統適用于航拍、救援、娛樂等應用場景，有助于簡化四旋翼飛行器的飛行控制和減少意外墜機事故。

技術領域

本實用新型涉及腦電信號采集分析系統和四旋翼無人機控制系統的技術領域，特別涉及一種基于BCI的飛行器控制系統。

背景技術

腦機接口(Brain-computer Interface，以下簡稱BCI)，是近年來發展起來的一種人機接口，它是不依賴于大腦的正常輸出通路(即外圍神經和肌肉組織)，就可以實現人腦與外界(計算機或其它外部裝置)直接通信的系統。BCI技術的出現，使得用大腦信號直接控制外界環境的想法成為可能。實現BCI，有三個必要條件：第一，必須有一種能夠可靠反映大腦思維的信號；第二，這種信號能夠被實時且快速的收集；第三，這種信號有明確的分類。目前可用于BCI的人腦信號有：EEG(腦電圖)，MEG(腦磁圖)和fMRI(功能性核磁共振圖象)等。目前大多數BCI研究機構采用的大腦信號是EEG。人類的每一閃思維，每一種情緒，每一個想法，在大腦中都會產生特定的EEG信號，這種信號由千百萬個神經元共同產生，并在大腦內傳播。不同思維情況下產生的神經電活動信號表現出不同的時空變化模式，會導致EEG信號的不同，將檢測到的EEG信號傳送給計算機或相關裝置，經過有效的信號處理與模式識別后，計算機就能識別出使用者的思維狀態，并完成所希望的控制行為，比如移動光標、開門、打字和開機等。

目前，對小型四旋翼飛行器的開發屬于自動控制領域的熱門話題，四旋翼飛行器也已經廣泛應用于航拍，搜救，娛樂等諸多領域。然而，四旋翼飛行器由于其結構較為復雜，飛行狀態不固定以及對遙控器操縱的敏感反應，總體操控難度較大。其主要局限在于，對于飛行中的四旋翼飛行器，其飛行姿態是由遙控器中的油門、航向、俯仰、橫滾四個通道輸出共同控制的，任何一個輸出的微小改變都會對飛行器的姿態造成很大變化，操作不當極易造成墜機。對于普通使用者而言，較快較好地掌握四旋翼飛行器的控制有很大的難度。而本實用新型能很好地解決上面的問題。

實用新型內容

本實用新型目的在于提供一種基于BCI的飛行器控制系統，該系統通過BCI實現對小型四旋翼飛行器進行基礎飛行動作的實時控制，達到穩定控制起飛降落以及各種簡單飛行動作，方便普通用戶進行控制并體驗樂趣。本實用新型適用于以四旋翼飛行器為載體的航拍、搜救娛樂等多種控制場景，有助于用戶快速掌握飛行控制。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：基于BCI的飛行器控制系統，其包括腦電采集裝置、便攜式腦電信號處理控制平臺和四旋翼飛行器。腦電采集裝置包括腦電采集器和串口通信模塊。便攜式腦電信號處理控制器包括腦電處理器、嵌入式Linux處理器和無線通信模塊。四旋翼飛行器包括飛行控制器和多種姿態傳感器。當腦電采集器采集到相應腦電信號后，通過串口傳輸至腦電處理控制器，經分析處理后，相應控制信號通過無線模塊向四旋翼飛行器飛行控制器發出控制指令，四旋翼飛行器做出相應的飛行動作，完成飛行控制全過程。

更進一步的，所述四旋翼飛行器接收四種飛行控制命令：起飛至預設高度/降落、左轉預設角度、左轉預設角度和前進預設距離。

更進一步的，所述便攜式腦電信號處理器包括腦電信號分析比對算法，在腦電處理器中使用四種不同腦電信號特征對腦電信號識別庫進行訓練，分別代表起飛/降落，向前飛行預設距離，左轉預設角度，右轉預設角度。