[发明专利]基于脑机接口的肢体训练机器人及训练方法

说明书

技术领域

本发明涉及训练装置，尤其涉及一种基于脑机接口的肢体训练机器人及训练方法。

背景技术

脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）是一种新颖的人机接口方式。其基于脑电信号，而不依赖于脑的正常输出通路（即外周神经和肌肉），实现人脑与计算机或其它电子设备通讯和控制的技术。目前大量针对脊髓损伤及脊髓侧索硬化疾病的脑机接口研究见诸报道，合适的脑机接口装置可帮助这类使用者仅通过思维实现对环境的控制（如对室内灯的开关、电话按键）、轮椅控制或对外交流（如通过虚拟键盘选择字符），从而提高其生活自理能力和生活质量。而脑损伤（如脑卒中、脑瘫、脑外伤、脑肿瘤）这类疾病则是发生在可重塑的神经组织，促进重塑和运动训练均能促进运动恢复，因此如何将脑机接口引入这类脑损伤者的训练过程，促进其大脑重塑，从而使其受损功能本身得到改善和提高，是一项巨大而有意义的挑战。

传统训练是由训练师帮助脑损伤者进行，这种方式对训练师的体力要求高，依赖性强，而训练机器人可以将训练师从高强度的体力劳动中解放出来，同时训练机器人所具备的稳定、大量重复性的功能导向运动可有效提升训练效果。因此，将脑机接口引入机器人训练可望更加有效地促进脑损伤者的大脑重塑，从而较快恢复其受损功能本身。

发明内容

基于此，本发明提供一种基于脑机接口的肢体训练机器人，实现对使用者主动运动意愿的提取和利用，通过重塑大脑神经有效改善肢体运动功能。

为实现本发明目的提供的一种基于脑机接口的肢体训练机器人，包括可带动肢体运动的机械结构，其特征在于，还包括与所述机械结构连接的控制部分，其中：

所述机械结构设有在带动肢体运动中起驱动作用的电机；

所述控制部分包括顺序连接的脑电信号采集装置，信息处理装置，运动控制卡，及电机驱动器；

所述脑电信号采集装置，用于采集脑电信号并进行处理，将处理后的脑电信号传递给所述信息处理装置；

所述信息处理装置，用于接收并分析所述脑电信号，得到所述脑电信号对应的动作想象类别，发送相应控制命令到所述运动控制卡；

所述运动控制卡，用于根据控制命令控制所述电机驱动器的输出电压和电流，以控制所述机械结构运动。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述脑电信号采集装置包括电极帽和脑电采集仪，所述电极帽与所述脑电采集仪连接；

所述电极帽，用于采集脑电模拟信号，并传输到所述脑电采集仪；

所述脑电采集仪，用于对所述脑电模拟信号进行放大、滤波及模数转换处理后得到脑电信号，并传输到所述信息处理装置。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述信息处理装置为计算机。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述控制部分还包括显示器，所述显示器与所述信息处理装置连接，用于显示训练的过程及训练结果。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述信息处理装置包括特征提取模块，分类模块，以及控制命令发送模块，其中：

所述特征提取模块，用于接收所述脑电信号，对所述脑电信号进行Mu节律频带提取或Beta节律频带提取，之后再进行AR模型特征提取，得到所述脑电信号特征，并传输给所述分类模块进行处理；

所述分类模块，用于对所述脑电信号特征采用SVM分类方式进行分类，得到所述脑电波信号对应的动作想象类别；

所述控制命令发送模块，用于根据所述分类模块的分类结果发送相应的控制命令到所述运动控制卡。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述机械结构为摇杆式上肢训练机器人结构。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述机械结构包括第一电机及第一电机编码器，第二电机及第二电机编码器，伸缩电机及伸缩电机编码器；

所述电机驱动器包括与所述第一电机及所述第一电机编码器连接的第一电机驱动器，与所述第二电机及第二电机编码器连接的第二电机驱动器，与所述伸缩电机及伸缩电机编码器连接的第三电机驱动器。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述信息处理装置还包括存储模块，用于存储肢体训练的训练信息，以及预设的训练内容。

作为一种基于脑机接口的肢体训练机器人的可实施方式，所述动作想象包括左手动作想象，右手动作想象，以及脚动作想象。

基于同一发明构思的一种基于脑机接口的肢体训练方法，包括以下步骤：