[发明专利]基于脑机接口的智能轮椅系统及其动作方法

说明书

技术领域

本发明涉及脑机接口应用研究及智能轮椅领域，具体涉及一种基于脑机接口的智能轮椅系统及其动作方法。

背景技术

人口老龄化的加速必然导致老龄人口健康问题凸显，高龄、失能和患病老年人的照料护理问题，更应该得到社会的普遍关注。但由于老年人医疗服务型行业发展的不完善性，制定出相应对策显得尤为迫切。

脑机接口(Brain-Computer Interface，BCI)是一种新颖的人机接口方式。它是基于脑电信号，实现人脑与计算机或其他设备通讯和控制的系统，而不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉组织)，是一种全新的通讯和控制方式，在康复医学和控制等领域有着较广阔的应用前景。

目前智能轮椅可以实现自主定位、导航、避障等功能，但是一些患者最基本的一些照料(倒茶、喝水、开抽屉等)还是需要看护人帮助，对于一些患者可以通过语言或肢体语言表达自己的意图，但是针对一部分完全丧失了运动能力和语言表达能力的患者，他们仅仅保留了正常人的思维能力，看护人并不能真正“读懂”这些患者的意图。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能够实现基本的智能性(自主定位、导航、避障等功能)，又能帮助患者完成最基本的一些生活照料(倒茶、喝水、开抽屉等)，提高患者自理能力，改善患者生活质量的基于脑机接口的智能轮椅系统及其动作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种基于脑机接口的智能轮椅系统，包括脑机接口系统、控制系统、视觉系统、智能轮椅本体、执行机构以及用于为各部分供电的电源管理系统，其中：

所述脑机接口系统用于与患者的大脑连接，所述脑机接口系统包括依次连接的若干干电极、多级放大电路、多级滤波电路和脑电信号处理器；

所述控制系统、视觉系统和执行机构均设置于所述智能轮椅本体上，所述脑电信号处理器和视觉系统的信号输出端均连接所述控制系统的信号输入端，所述控制系统的信号输出端分别连接所述智能轮椅本体和执行机构，所述视觉系统的信号输出端还连接所述智能轮椅本体和执行机构。

进一步的，所述脑机接口系统还包括参考电极和接地电极，所述参考电极和接地电极分别与所述多级放大电路连接。

进一步的，所述电源管理系统和控制系统均设置于所述智能轮椅本体的下部，所述电源管理系统为自主充电方式。

进一步的，所述执行机构包括机械臂和设置于所述机械臂末端的机械手，所述机械臂设置于所述智能轮椅本体的一侧。

进一步的，所述机械臂上设置有防碰撞传感器系统，所述机械手上设置有压力传感器。

进一步的，所述视觉系统包括智能轮椅视觉系统和外部视觉系统，所述智能轮椅视觉系统设置于所述机械臂的最后一关节上，所述外部视觉系统设置于室内的天花板上或墙壁上。

进一步的，所述脑机接口系统设置于用于患者佩戴的电极帽上。

上述基于脑机接口的智能轮椅系统的动作方法，包括：

步骤1：预先在所述机械手需要完成操作的任务目标上粘贴二维码；患者先佩戴电极帽，然后对想要进行的某一自理行为产生相应的原始脑电信号；

步骤2：所述电极帽上的所述干电极采集所述原始脑电信号，并结合所述参考电极和接地电极得到较可靠的所述原始脑电信号；

步骤3：所述原始脑电信号经过所述多级放大电路、多级滤波电路和脑电信号处理器得到所述控制系统可以识别的控制指令，所述控制指令传输至所述控制系统；

步骤4：所述控制系统接受到所述控制指令，并完成相应的任务规划，所述任务规划包括任务目标的识别定位、对任务目标的操作、将任务目标送至原处；

步骤5：所述视觉系统对任务目标进行定位，之后所述智能轮椅本体在所述控制系统的控制下移动至任务目标处；

步骤6：所述智能轮椅视觉系统采集任务目标的图像信息，并对任务目标进行定位，定位完成后，所述智能轮椅视觉系统对任务目标的图像进行精确的大小、形状及轮廓的识别；

步骤7：对任务目标完成精确的定位识别后，所述外部视觉系统进行所述智能轮椅本体和任务目标之间的测距定位，以及任务目标的三维坐标的推算；

步骤8：所述控制系统计算以所述机械臂的基座为原点的坐标系，完成所述机械臂与任务目标的点坐标的推算，规划所述机械臂的运行轨迹，并记忆此次运行轨迹，根据对任务目标的识别定位，所述机械手完成对任务目标的所有操作；

步骤9：之后，所述机械臂以记忆的运行轨迹回到原来的位置，完成一次控制指令任务。