[发明专利]基于脑-机接口的机械手臂控制系统及动作命令控制方案

说明书

技术领域

本发明涉及脑电信号分类处理技术领域，特别是涉及一种基于脑-机接口的机械手臂控制系统，本发明还涉及基于脑-机接口的机械手臂控制系统的动作命令控制方案。

背景技术

近些年，脑-机接口技术备受关注。脑-机接口（BCI）是一种新颖的人-机接口技术，在脑-机接口系统中，个人发送到外部世界的信息和命令不通过脑部正常外围神经和肌肉输出途径。用这种先进的交流技术，患有瘫痪、中风的病人就能向看护人员表达他们的意愿甚至可以控制外界辅助设备完成日常活动。调查结果表明，脑-机接口的机械手臂应用给残疾人带来了很大希望。为了帮助这些残疾人，涌现出很多基于脑-机接口的机械康复系统。

基于运动想象（MI）的脑-机接口利用μ节律和beta节律把受试者的想象活动转换成实际命令。但是通常，基于运动想象的脑-机接口系统只能提供三或四种命令，如果增加输出命令种类，准确率会下降，为了达到输出种类和准确率之间的平衡，三种模式的MI-BCI系统是比较合适的，然而，对于需要控制多种命令的应用来说这是一个很大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足而提出的一种基于脑-机接口的机械手臂控制系统以及该系统的机械手臂动作命令分配方案。该系统及相应的设计方案不仅克服了基于运动想象的脑-机接口系统输出模式少的缺陷，同时还保证了命令输出的准确率，不会给受试者增加额外的想象负担，增加了外部应用控制设备的使用范围，拓宽了基于运动想象的脑-机接口系统的应用领域

本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种基于脑-机接口的机械手臂控制系统，包括基于运动想象的脑-机接口子系统和机械手子系统，所述基于运动想象的脑-机接口子系统包括依次连接的电极帽，信号放大设备和一台数据处理用的计算机；所述机械手子系统为五个自由度的机械手，与计算机连接。

所述脑-机接口子系统为三种想象运动模式的脑-机接口。

所述电极帽带有9个电极位置。

所述机械手臂的五个自由度分别代表肩、上臂、小臂、手腕和手抓，所述代表肩的部分能水平旋转360°，所述代表上臂、小臂、手腕的部分能分别向两侧旋转90°，所述代表手抓的部分一直处于水平位置。

一种所述基于脑-机接口的机械手臂控制系统的动作命令分配方案，规定机械手臂向六个方向移动，分别是上、下、左、右、前和后，再加上手指的两个动作：抓和放，一共是八条输出命令，八个机械手臂的动作命令分成四组，每组包含两个运动方向。系统采用三种想象运动模式：分别想象左手运动、右手运动和脚运动，三种想象运动模式共分两个功能：切换和选择，规定想象脚运动具有切换功能，想象左手运动和想象右手运动具有选择功能，“切换”指的是在分好的四组机械手臂命令之间进行切换，一次切换移动一组，想象一次脚运动就切换一组并且在第一次切换之前预设选中第一组，“选择”指的是选中要发送给机械手臂的执行命令，想象左手运动意味着选中其中一组中一个命令，想象右手运动意味着这组中另一个命令，选中之后系统自动将命令发送给手臂，手臂接受到执行命令后将自动组合运动，做出相应动作。

由于采用了如上技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下特点：不仅克服了基于运动想象的脑-机接口系统输出模式少的缺陷，同时还保证了命令输出的准确率，不会给受试者增加额外的想象负担，增加了外部应用控制设备的使用范围，拓宽了基于运动想象的脑-机接口系统的应用领域。

附图说明

图1为本发明系统的结构框图。

图2为本发明方案利用八条命令的控制图。

图3为本发明机械手臂结构图。

图4为本发明机械手臂各关节角度示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1显示了整个系统的结构组成。通常脑-机接口包括了采集脑电信号用的电极帽、信号放大设备和一台数据处理用的计算机。本发明中，受试者的脑电信号通过戴在其头上的电极帽传输到放大设备中，经过放大处理之后，对信号进行处理、特征提取和分类，利用我们设计的分组方法对分类结果分组并与八条输出命令相对应，做出指令判断，向机械手臂子系统发送指令，完成整个操作过程。