[發明專利]一種基于腦電控制的跑步機及其控制方法

在審

• 申請號: 201911070810.3
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110898384A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 伏云發;王曉琳;周建華;陳壯飛;熊馨
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: A63B22/02
• 分類號: A63B22/02;A63B24/00;A61B5/00;A61B5/0476;A61B5/0478
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于腦電控制的跑步機及其控制方法，屬于腦機交互，其中涉及計算機科學領域與生物醫學技術領域。本發明包括腦電信號采集處理裝置和跑步機裝置；所述腦電信號采集處理裝置包括腦電信號采集裝置、腦電信號處理裝置、腦電庫、Wi?Fi傳輸模塊和第一供電模塊；所述跑步機裝置包括控制電路、驅動電路、整流電路、逆變電路、Wi?Fi接收模塊和第二供電模塊；本發明可以根據運動者運動時大腦產生的腦電波所處的波段的不同來調節運動的節奏，同時也可以根據運動時所產生的腦電波波段來控制跑步機的開關，本發明更加人性化，豐富了人們的生活。

技術領域

本發明涉及一種基于腦電控制的跑步機及其控制方法，屬于腦機交互，其中涉及計算機科學領域與生物醫學技術領域。

背景技術

用思想控制事物一直時人們的夢想，隨著腦機接口技術的發展，這個夢想正在逐漸的從科幻走向現實。基于大腦中的不同意圖會對應于不同的模式這個事實，腦電接口技術是一門以理解和解釋大腦活動為主的新興科學技術。近年來。研究者對腦機接口技術在多個領域的應用進行了探索，如“腦機交互、機器人、神經認真”等，腦機接口技術使人腦直接控制設備成為可能，因此，腦機接口技術最有希望成為以運動著的福音。

腦電是由大腦神經元之間以電離子形式傳遞信息而在大腦皮層或者頭皮表面表現的電現象，一方面大腦神經系統可以自主地發出信號；另一方面神經系統還可以對環境中的變換做出適應性調節。腦電最早于20世紀20年代德國生理與精神病學家Hans Berger首次從人頭皮上采集到了腦電。隨著信號處理的技術日益趨于成熟，也使得對腦電信號進行處理成為可能，現在采集腦電信號可以通過在頭皮表層放置電極板，當采集到微小的腦電信號，通過放大器放大后傳輸到計算機進行處理，而后就可以清楚的看到人大腦活動是腦電波的波動情況與分布情況；這種成熟的信息處理使得腦電信號處理腦電信號成為可能。腦機接口是一種能夠讓人腦與外部環境直接進行交互的系統，他不依賴于正常的神經肌肉傳導通道，而是直接通過采集腦電或者其他與腦活動相關信號來確定人的想法和意圖。對于以往需要通過說話或者動作才能表達出來的意圖，它能夠利用計算機把包含了該意圖的腦信號翻譯成相應的指令，直接來控制外部設備，如計算機鼠標、神經假肢或者如本專利的跑步機，從而使用戶能夠直接與外部環境進行交流。

在目前階段的腦機接口的系統中，輸入主要是從頭皮或者皮層表面記錄到的腦電信號，或者從大腦記錄內部記錄到的神經元活動。大腦活動信號通過電極獲取，再經過放大和數字化送到計算機做進一步處理。信號輸入之后進入數據處理環節，包括特征提取和轉換算法兩大部分。特征提取主要是進行像空間濾波、幅值測量、頻譜分析、或者單個神經元的分離等步驟，提取出包括了用戶的消息和指令的時候或者頻域的信號特征。轉換算法主要是將提取出的信號特征翻譯成用戶意愿的設備控制命令。在目前的BCI系統中，常用的腦電的信號包括視覺誘發電位、事件相關電位、慢皮層電位以及mu/beat節律等。其中mu/beat節律產生與大腦的感覺運動皮層，頻率范圍為8-12Hz。通常mu節律的出現還伴隨著18-26Hz的beat節律。mu節律和beat節律能量的變換，即事件相關去同步化（ERD）和事件相關同步化（ERS），與肢體的運動想象有關，故mu/beat節律主要被用于區分不同肢體的運動想象。當肢體運動時，感覺運動皮層的相應區域就會引起mu/beat節律的ERD/ERS，ERD首先出現在運動肢體對側的皮層區域。ERD的對側性與慣用程度有關，例如研究表明當慣用的一側手運動時，在對側運動皮層產生的ERD明顯強于同側；非慣用手運動時，這種趨勢會得到一定程度的減弱。除了真實的運動，肢體的運動想象也會產生相應的ERD/ERS。ERD/ERS在空間的分布上符合大腦感覺運動皮層的軀體特定區域的分布，想象左手運動時，最明顯的ERD出現在對側運動皮層的手對應區域，想象腳運動時ERD出現在腳對應的中央區域，同時兩側的手對應區域還可能出現ERS.

隨著人們的生活不斷的提高，生活方式不斷的改變，人們對于生活的品質的追求也不斷的提高，所以越來越的人們選擇投入健身當中去擁有一個完美的身材，對于跑步機這種基礎的運動設施是人們很快入手，同樣也是人們樂意去選擇的一種方式，所以讓跑步機更加的智能化與人性化是我們一直追求的目標。