[發明專利]基于Alpha波和SSVEP信號控制的實時腦控機器人系統及控制方法

在審

• 申請號: 202010022552.8
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111273578A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 沈娜;潘奕竹
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G06F3/01
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

1.基于Alpha波和SSVEP信號控制的實時腦控機器人系統，其特征在于，包括：

視覺刺激模塊：為被試者呈現視覺刺激；

機器人；

采集電極：置于被試者腦部，用于采集Alpha腦電波和視覺刺激誘發的腦電電位；

腦電采集模塊：與采集電極連接，用于對采集電極采集的Alpha腦電波和視覺刺激誘發的腦電電位信號進行放大并傳輸；

信號處理模塊：與腦電采集模塊連接，用于對腦電采集模塊傳輸過來的的Alpha腦電波和視覺刺激誘發的腦電電位信號進行處理；

單片機控制模塊：與信號處理模塊連接，用于接收信號處理模塊解碼的腦電信號對應的控制指令，單片機對相應機器人行動的測試點進行拉低電平從而實現對機器人的控制。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述信號處理模塊包括腦電信號預處理子模塊與控制指令解碼子模塊；

所述腦電信號預處理子模塊用于將實時時間域腦電信號轉換為頻域信號及其濾波、去工頻噪聲、去除眼動噪聲以及Alpha腦電信號與由視覺刺激產生的腦電信號頻帶的定位；

所述控制指令解碼子模塊用于對于預處理子模塊搜尋到的腦電信號頻帶中峰值的尋找，以及峰值處信噪比的計算，然后根據所尋找到的峰值處的信噪比來進一步定位有效腦電信號所處的子頻帶位置。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述視覺刺激模塊包括視覺刺激界面，所述視覺刺激界面包括5Hz和7.5Hz閃爍的模塊，用于形成SSVEP信號。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述腦電采集模塊基于32位OpenBCI采集電路板。

5.一種利用權利要求1-4任一項所述的系統控制機器人的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟(1)：被試者按照指示專注某事以形成10Hz的Alpha腦波信號或雙眼集中于視覺刺激界面的閃爍方塊以形成同頻信號；

步驟(2)：采集電極采集Alpha腦波信號和SSVEP信號，并將其傳送給腦電采集模塊，所述腦電采集模塊對Alpha腦波信號和SSVEP信號進行放大并傳輸給信號處理模塊；

步驟(3)：數據處理：所述腦電信號預處理子模塊將實時時間域腦電信號轉換為頻域信號及其濾波、去工頻噪聲、去除眼動噪聲以及Alpha腦電信號與由視覺刺激產生的腦電信號頻帶的定位；所述控制指令解碼子模塊對預處理子模塊搜尋到的腦電信號頻帶中峰值的尋找，以及峰值處信噪比的計算，然后根據所尋找到的峰值處的信噪比來進一步定位有效腦電信號所處的子頻帶位置；

步驟(4)：單片機控制模塊收到信號處理模塊解碼的腦電信號對應的控制指令后，通過所連機器人控制器進行低電平置位，控制器從而發出紅外光線至機器人頂端接收裝置控制機器人行動，從而實現人腦對機器人行動的控制。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為：

步驟(3-1)：信號處理模塊接收到信號，對信號進行快速傅里葉變換，然后進行50Hz陷波處理去除工頻干擾，緊接著進行4-15Hz的帶通濾波，尋找系統控制所需的視覺刺激形成的腦部頻率和Alpha波處于的頻帶；

步驟(3-2)：搜尋到感興趣的頻段信號后，首先找尋該頻段的峰值，其次是計算該頻帶上EEG信號的平均幅值，然后憑借該平均幅值來計算峰值的信噪比，即腦電信號處理的輸出為感興趣頻帶的峰值頻率與峰值的信噪比；

步驟(3-3)：將得到的峰值信噪比SNR與默認設定閾值對比，滿足閾值條件的峰值頻率將其視為有效EEG頻段輸入，然后再進一步將該頻段劃分為三個子頻帶，每個子頻帶對應不同的控制指令，當峰值滿足SNR閾值要求后，根據峰值的頻率來決定機器人行動的命令。