[發(fā)明專利]一種基于腦電控制的電路板手工焊接輔助方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110946604.5
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113523485A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 段曉杰;潘浩然;汪劍鳴
• 申請（專利權）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: B23K3/00
• 分類號: B23K3/00;B23K3/08;B25J9/16;G06F3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于腦電控制的電路板手工焊接輔助方法，包括下列步驟：

(1)腦電信號實時采集，通過安裝在焊接者頭部的腦電信號傳感器采集其因眨眼等操作輸出的意念控制信號，直接輸入到微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)中；

(2)腦電信號預處理，在MCU平臺中通過濾波器過濾掉工頻干擾信號，以提高控制信號的信噪比；

(3)腦電信號特征提取，通過特征提取算法求出所有腦電信號的各頻段平均能量及其占比值；

(4)腦電信號訓練庫構建及分類識別，在MCU平臺上構建BP網絡模型，從而實現對輸入腦電信號的識別與分類；

(5)Mini機械臂控制信號轉換，將識別出腦電信號轉換為Mini機械臂控制命令信號，以驅動機械臂對待焊接電路板做出移動、翻轉等操作；

步驟(1)中，采用非植入式BCI技術：通過無創(chuàng)方式采集焊接操作人員的大腦皮層腦電波信號，焊接操作人員只需頭戴一個用于檢測該腦電波的電極傳感器即可完成信息采集工作，并且該傳感器能夠直接將腦電信號直接傳輸至計算機或者其它處理平臺的微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)中，方便進行下一步的處理和分析工作；

步驟(2)中，信號預處理的目的主要是為了提高腦電控制信號的信噪比，主要濾除50Hz和60Hz的工頻干擾噪聲，其它含有生物電噪聲、環(huán)境噪聲和設備電極接觸不良導致的噪聲，可以通過軟件濾波算法進行消除；

步驟(3)中，本發(fā)明將針對腦電信號測試集(30個基準樣本和30個眨眼樣本)進行頻帶能量分析，包括Delta(0.5-3.5Hz)、Theta(4-7.5Hz)、Alpha(8-13Hz)、Beta(13.5-30Hz)、Gamma(30.5-49.5Hz)共5個頻段，針對所有樣本(包括基準樣本和測試樣本)計算出各個頻段的能量和能量占比信息，作為特征信號集合，為識別焊接者的腦電輸出指令奠定基礎；

步驟(4)中，根據提取到腦電信號的特征集合，基于Arduino平臺的MCU單元上構建腦電特征庫的BP網絡模型，然后對輸入的實時腦電控制信號進行識別及分類；

步驟(5)中，根據識別出的焊接者的腦電信號，Arduino平臺負責將根據腦電信號轉換為Mini機械臂動作指令，通過編碼成機械臂運動執(zhí)行機構能理解的指令字符串，機械臂運動指令發(fā)送模塊和運動執(zhí)行部分之間通過USB總線連接，從而機械臂將能夠根據焊接者的要求對待焊接的電路板做出移動、翻轉等操作，最終實現電子元器件焊接輔助。