[發明專利]無人機腦機一體化智能控制方法與技術

在審

• 申請號: 201810160350.2
• 申請日: 2018-02-25
• 公開（公告）號: CN108415565A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 謝松云;段緒;劉暢;王偉;陳剛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00;G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了無人機腦機一體化智能控制的方法與技術。該腦機一體化系統包括視覺刺激誘發模塊、實時畫面回傳模塊、腦電采集儀、多種特征EEG處理模塊、腦機通信模塊與無人機及機載單片機模塊。實驗人員不用進行任何肢體動作和語言實現對無人機多種動作的控制。利用腦電檢測儀采集實驗人員的EEG，腦電特征包含穩態視覺刺激和想象運動，通過眨眼進行切換。EEG在處理模塊中經過預處理、特征提取、分類識別后轉換為控制指令，控制指令通過通信系統發送給無人機機載單片機模塊，同時實驗人員通過全局攝像頭觀察無人機的飛行情況，自行規劃飛行路線，最終控制無人機完成預設的飛行任務。本發明構建了一種多模式腦機一體化系統，實現了大腦直接對無人機的靈活控制，有效補償了現有無人機控制方式的不足。

技術領域

本發明屬于腦機一體化研究領域，涉及了無人機腦機一體化智能控制方法與技術。

背景技術

本發明公開的新型無人機智能控制系統以腦機一體化技術為核心，使操作人員僅通過大腦思維就能夠精確的控制無人機完成復雜的飛行任務。腦機一體化是神經科學與工程科學的交叉領域，它是一種不依賴于人的四肢等外圍神經與肌肉組織組成的正常輸出通路的腦-機通訊系統，它通過實時記錄大腦頭皮信號，并對腦電信號(Electroencephalography，EEG)進行分析解碼大腦的意圖來直接控制外部設備。這項技術在航空、航天等軍事領域上有著廣泛的應用，美國德克薩斯大學正在研發腦控無人機，這將是無人機戰場革命性的改變；美國軍方計劃研究士兵用意念遠程操縱“阿凡達”替身在戰場作戰，腦電能夠輔助對武器設備的控制，從而大幅度提高單兵作戰能力。

2012年，美國NEUROSKY公司推出了Puzzlebox Orbit產品，用注意力程度控制飛行器升高，2013年，明尼蘇達大學研制出單模式EEG控制四旋翼飛行器；2016年，東北大學Tianwei Shi等人利用想象運動控制無人機左轉右轉；2017年，美國圣安東尼奧市德州大學Lenis Merino等人利用單模式SSVEP控制飛行器，正確率為85％。

目前，將腦機一體化技術用于對無人機的智能控制仍存在以下難點，主要有：

(1)單模式腦機一體化技術的局限性，如：穩態視覺誘發電位(Steady StateVisual Evoked Potential，SSVEP)識別準確率高，但是環境適應性差，容易引起實驗人員的視覺疲勞；想象運動(Motor Imagery，MI)無需刺激誘發，耐環境好，但特征較弱，識別準確率較低，而且不同被試的完成率差別較大。意識眨眼任務雖然容易實現，但是指令單一，易受肌電等外界噪聲的干擾。

(2)系統準確率的提高、響應時間的降低與穩定性的增強，無人機的飛行方向是否按照實驗人員的意愿執行，唯一取決于腦機一體化系統對EEG的模式識別結果，無人機完成復雜飛行任務的保障是腦機一體化系統的高準確率。而對無人機的腦控不同于對鍵盤輸入、機械臂等簡單機械系統的控制，若系統響應延遲1秒，無人機就有撞機墜落的危險。在室外無人機飛行控制實驗中，需要考慮實驗人員狀態，通訊系統遠距離傳輸，室外風速等可變因素。

發明內容

鑒于以上所述現有的技術難點，本發明的目的在于提供無人機腦機一體化智能控制的方法與技術。具體是提取實驗人員想象運動和SSVEP腦電特征，并利用眨眼進行模式切換，識別出實驗人員的意圖，從而實現對無人機的運動控制。

本發明通過如下技術方案實現：

一、無人機腦機一體化智能控制系統，包括視覺刺激誘發模塊、實時畫面回傳模塊、腦電采集儀、多種特征EEG處理模塊、腦機通信模塊與無人機及機載單片機模塊。