[发明专利]一种基于脑-机接口的机器人系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明属于移动机器人技术领域，尤其是一种基于脑-机接口的机器人系统 及实现方法。

背景技术

近年来，机器人不仅广泛应用于工业界，而且也逐步进入人们的生活。由 于辅助机器人能够为残疾人的日常生活自理提供支撑，因此，其需求呈逐渐攀 升态势。健康使用者通常可通过常规输入(例如：鼠标、键盘和控制杆等)控 制机器人，然而，老年人或严重运动障碍的病人对于常规输入的使用则相当困 难。目前，很多研究尝试引入新的人机交互技术以使老年人或严重运动障碍的 病人受益。其中，一种基于人对外界刺激或想象的神经响应且能够应用于人和 机器互动的新颖交互技术(即脑-机接口)得到了广泛研究，其能够通过无创或 有创的方式从人脑获取神经响应，并通过不同心理状态下神经响应的不同来解 读人的意图。这种“读心”技术能够将人的意图以一定形式的命令传递给机器。 脑-机接口相关研究已成功证明侵入式脑-机接口技术在猴子和瘫痪病人上是可 行的。

目前，基于头皮脑电的非侵入式脑-机接口方法因能应用于健康受试者而得 到广泛研究。头皮脑电是一种非侵入式监测大脑活动的方法，因其具有记录方 便、安全和价格低廉的特点，将脑-机接口技术服务于严重运动障碍的病人成为 可能。基于头皮脑电的脑-机器人接口由于能够给老年人或运动障碍病人提供一 种自然、直观的方式来控制机器人而在机器人和神经工程领域广受推崇。基于 脑-机接口的机器人控制系统的最终目标是能向机器人产生和传递稳定、精细的 运动或情绪、意图，使其能够根据人的意图执行各种复杂任务。基于脑-机接口 的机器人控制系统已被应用于控制移动机器人、机器臂、智能轮椅和类人型机 器人，而且已有研究证实基于头皮脑电的脑-机接口进行机器人控制的可能性。

中国专利文献“基于脑-机接口的服务机器人子系统”(专利申请号 200910068833.0)根据短时间闭眼后脑电中α波幅增强的特点，实现了脑电α 波对服务机器人在四个方向移动控制。中国专利文献“基于脑-机接口的机械手 臂控制系统及动作命令控制方案”(201110113626.X)、“基于脑机接口的肢 体训练机器人及训练方法”(201310675803.2)以及“脑控机器人子系统的模 糊离散事件共享控制方法”(201310015221.1)的脑-机接口模式均为想象运动。 中国专利文献“基于稳态视觉诱发脑机接口的机器人控制方法” (201410103602.X)采用阈值判断法对提取的特征进行分类，与基于α波/想象 运动的脑-机接口相比具有系统简单、较少训练和高信息传输率的特点，但是， 该方法很大程度上依赖于阈值的选取以及脑电信号的信噪比。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种设计合理、可靠性 高且控制灵活的基于脑-机接口的机器人系统及实现方法。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种基于脑-机接口的机器人系统，包括脑-机接口子系统、通讯子系统和 机器人子系统；脑-机接口子系统通过测量电极获取脑电信号并对脑电信号进行 特征提取得到使用者的意图，脑-机接口子系统将使用者的意图转换成控制命令 并通过通讯子系统传输给机器人子系统，机器人子系统接收脑-机接口子系统的 控制命令并控制机器人移动，该机器人子系统将自身采集的视频信息传送给脑- 机接口子系统，并由脑-机接口子系统形成刺激界面反馈给使用者。

所述脑-机接口子系统包括脑-机计算机、脑-机显示器和脑电信号获取模 块，所述脑-机计算机分别与脑电信号获取模块和脑-机显示器相连接，脑电信 号获取模块通过电极与使用者大脑相连接。

所述电极的具体安放位置为：脑电测量电极安放在使用者的大脑枕区Pz、 PO5、PO3、POz、PO4、PO6、O1、Oz、O2位置，上述测量电极分布符合国际10-20 系统，参考电极安放在左侧乳突位置处，地电极安放在右侧乳突处，电极阻抗 低于10KΩ。

所述脑电信号获取模块采用Synamps2放大器，其数据采样率为1000Hz， 带通滤波1～100Hz，并进行在线50Hz陷波。

所述机器人子系统包括移动控制模块和摄像头模块，所述摄像头模块用于 获取机器人移动方向上的视频信息并将视频信息通过通讯子系统传输给脑-机 接口子系统；所述移动控制模块用于接收脑-机接口子系统的命令并实现对机器 人的移动控制功能。