[发明专利]一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手及其绘图方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手，包括视觉刺激器主控模块，视觉刺激器面板模块，脑电信号采集模块，脑电数据传输模块，信号处理模块，国画机械手模块，采用由六个伺服电机驱动的AVR编程机械手，Atmega168单片机控制器控制机械手的运动，并通过串口的方式与FPGA进行实时通讯。本发明国画机器手中的脑电信号采集端采用便携式蓝牙信号传输，大大提升了数据传输的灵活性和网络传输速度，提高脑机接口系统的实用性，提高控制精度的同时提升了文化内涵，最终的小型化道路必将落实到脑‑机接口系统的嵌入式实现，便携式脑‑机接口系统具有广泛的应用前景。本发明还公开了一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手的绘图方法。

技术领域

本发明涉及嵌入式信号处理技术领域，尤其涉及一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手。本发明还涉及一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手的绘图方法。

背景技术

人类大脑作为协调身体与精神活动的神经系统控制中枢，它管理着人体与外界进行交互通信的各项神经系统。当今世界上，脑中风、各种瘫痪、失语症、帕氏综合征困扰着越来越多人，医疗水平的不断提高，有利于延长这些患者的生命周期，但由于缺失对肌肉的控制力，他们无法与外界进行正常交流和有效控制，生活质量无法得到保障，这给患者自身和社会带来了沉重的负担。脑-机接口(brain-computer interface，BCI)是一种将具有意图的脑电信号转换成计算机指令的系统，它不同于人体大脑与肌肉组织的通讯方式，利用可识别的脑电信号实现人脑直接与外部设备通讯，涉及生物医学工程、电生理学、脑神经科学、信号处理技术和计算机科学等多学科领域交叉。除康复医学工程领域，对于范围更广泛的健康用户，在人机交互和多媒体娱乐通讯等相关领域，脑机接口可以结合传统的视觉、听觉等通信方式构成全新的通信交流方式，从而扩充人类对外通信和环境控制的能力。目前脑机接口系统基本上都是基于PC机实现的，为了提高脑-机接口系统的实用性，脑-机接口系统必将朝着小型化方向发展，但目前国内现有脑机接口系统大多数基于PC机实现，系统体积庞大，实用性不强。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种小型化、便携性、艺术性、实用性强的基于视觉诱发脑机接口的国画机器手。

本发明的另一个目的在于提供一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手的绘图方法。

为实现上述目的，本发明的基于视觉诱发脑机接口的国画机器手的技术方案是：

一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手，包括视觉刺激器，采用稳态视觉诱发脑电信号，根据稳态视觉诱发电位的原理，使用基于白色发光二极管LED实现视觉刺激；脑电信号采集模块，采用便携式信号采集放大器对脑电信号进行采集；脑电数据传输模块，在现场可编程逻辑门阵列FPGA的设计中使用VHDL将通用异步收发器功能集成到FPGA内部，实现FPGA开发板与信号采集放大器之间的数据传输；在FPGA中设置环形缓冲区用于不断的从信号采集放大器接收脑电数据块，并存储起来，同时设置逻辑控制子模块接收环形缓冲区提供的触发，并通过逻辑控制，决定是否可以触发信号处理；信号处理模块，信号预处理：采用Matlab中的FADTool生成FIR带通滤波器系数和对应的VHDL程序，然后把VHDL程序在FPGA里面生成对应的FIR带通滤波器模块，从而实现对原始脑电信号的滤波；信号特征提取与识别：采用功率谱估计实现对视觉诱发脑电信号进行诱发电位特征提取，用BP神经网络识别视觉诱发电位特征；控制指令输出模块，通过信号处理模块识别出的刺激频率匹配国画机械手指令库进而转换为相对应的控制指令来实现机械手绘图动作，同时在FPGA中显示将要绘制的指令；国画机械手模块，采用由六个伺服电机驱动的AVR编程机械手，Atmega168单片机控制器控制机械手的运动，并通过串口的方式与FPGA进行实时通讯。