[發明專利]腦控無人平臺協同控制系統

有效

• 申請號: 202011446122.5
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112631173B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 于揚;葉澤祺;周宗潭;盧惠民;劉天晴;郭策
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

1.腦控無人平臺協同控制系統，其特征在于，包括腦控系統及無人平臺，所述無人平臺包括無人機群、無人車群或/和機器人，在所述無人平臺中，所述無人機群、無人車群或/和機器人自主進行任務分配、任務規劃、路徑規劃的同時，所述腦控系統有權以更高的優先級從任務層、路徑層、軌跡層或者位置層來修改決策指令，使得所述無人平臺具有更高的容錯率與工作效能；

所述腦控系統的運行包括如下步驟：

步驟S11、腦電信號采集：采集人腦中的視覺中樞的腦電信號；

步驟S12、腦電信號處理：對腦電信號進行數據處理分類，獲得被試者注視的目標；

所述步驟S12中采用相關分析法提取對穩態視覺電位進行處理分類：首先獲得多導聯的腦電信號，即具有高維特征的腦電數據序列，再比較通過特征向量降維后的腦電信號數據序列和已有通過實驗獲取的模板序列之間的相關關系，來反映兩組一維數據序列之間的整體相關性，在結果中取相關系數最大的數據序列，即可獲得被試者在注視的目標；其中，設置模板序列S_i為：

其中，N是信號長度，F_s為采樣頻率，K為分類數，i為模板類別，H為模板序列參數，f_i為對應類別頻率目標；

兩組一維數據序列之間的整體相關性具體為:數理統計中將其相關系數ρ定義為

其中cov(X,Y)是一維數據序列的協方差，而D(X)和D(Y)分別是X和Y的方差；

步驟S13、設計刺激范式：對范式界面中各目標區域塊的閃爍時間、閃爍形狀、閃爍尺寸和位置進行布局；

步驟S14、通信與控制指令：實現腦電采集信號軟件及眨眼信號處理軟件的通信，使眨眼信號作為部分指令的觸發開關。

2.根據權利要求1所述的腦控無人平臺協同控制系統，其特征在于，所述腦控系統采用包括穩態視覺電位信號及眨眼信號進行識別，并將所述穩態視覺電位信號和眨眼信號轉換為相應指令，跨系統、跨語言通信，實現對機器人的多層次控制。

3.根據權利要求1所述的腦控無人平臺協同控制系統，其特征在于，還包括仿真虛擬平臺，所述腦控系統與所述仿真虛擬平臺連接，所述無人平臺為虛擬無人平臺，且設置在所述仿真虛擬平臺內，所述仿真虛擬平臺實現所述無人平臺以及復雜環境的建模。

4.根據權利要求3所述的腦控無人平臺協同控制系統，其特征在于，所述仿真虛擬平臺為Gazebo仿真平臺，所述Gazebo仿真平臺提供了機器人的運動仿真，支持ROS和Rviz。

5.根據權利要求1所述的腦控無人平臺協同控制系統，其特征在于，所述無人平臺還包括運動規劃控制系統，所述運動規劃控制系統控制所述無人機群、無人車群或/和機器人躲避障礙，并到達目標點。

6.根據權利要求5所述的腦控無人平臺協同控制系統，其特征在于，所述運動規劃控制系統包括如下步驟：

步驟S21、建圖：根據無人機群、無人車群或/和機器人自身攜帶的深度相機建立環境地圖，具體可采用八叉樹地圖；

步驟S22、路徑規劃：在全局地圖已知的情況下，采用成熟的RRT算法；在全局地圖未知的情況下，采用多項式曲線，擬合目標點；

步驟S23、軌跡規劃：采用軟約束B樣條進行軌跡規劃：將軌跡用B樣條表示，將軌跡規劃問題建模為B樣條控制點的優化問題，優化目標函數考慮B軌跡末端點到目標點的距離和速度差、碰撞地圖軟約束、軌跡光滑程度、無人機運動能力；

步驟S24、位置控制器控制到目標位置：根據無人機群、無人車群或/和機器人的微分平坦性及運動學進行結算，使用pid控制將無人機群、無人車群或/和機器人控制到目標位置上；采用腦控信號實施方向指令，將方向映射為軌跡末端目標點，映射方式為：以第一個軌跡點為圓心，沿指令方向延伸一個與設定速度和加速度以及軌跡規劃速度相關的值，末端點作為目標點。