[发明专利]无人机脑机一体化智能控制方法与技术

说明书

本发明公开了无人机脑机一体化智能控制的方法与技术。该脑机一体化系统包括视觉刺激诱发模块、实时画面回传模块、脑电采集仪、多种特征EEG处理模块、脑机通信模块与无人机及机载单片机模块。实验人员不用进行任何肢体动作和语言实现对无人机多种动作的控制。利用脑电检测仪采集实验人员的EEG，脑电特征包含稳态视觉刺激和想象运动，通过眨眼进行切换。EEG在处理模块中经过预处理、特征提取、分类识别后转换为控制指令，控制指令通过通信系统发送给无人机机载单片机模块，同时实验人员通过全局摄像头观察无人机的飞行情况，自行规划飞行路线，最终控制无人机完成预设的飞行任务。本发明构建了一种多模式脑机一体化系统，实现了大脑直接对无人机的灵活控制，有效补偿了现有无人机控制方式的不足。

技术领域

本发明属于脑机一体化研究领域，涉及了无人机脑机一体化智能控制方法与技术。

背景技术

本发明公开的新型无人机智能控制系统以脑机一体化技术为核心，使操作人员仅通过大脑思维就能够精确的控制无人机完成复杂的飞行任务。脑机一体化是神经科学与工程科学的交叉领域，它是一种不依赖于人的四肢等外围神经与肌肉组织组成的正常输出通路的脑-机通讯系统，它通过实时记录大脑头皮信号，并对脑电信号(Electroencephalography，EEG)进行分析解码大脑的意图来直接控制外部设备。这项技术在航空、航天等军事领域上有着广泛的应用，美国德克萨斯大学正在研发脑控无人机，这将是无人机战场革命性的改变；美国军方计划研究士兵用意念远程操纵“阿凡达”替身在战场作战，脑电能够辅助对武器设备的控制，从而大幅度提高单兵作战能力。

2012年，美国NEUROSKY公司推出了Puzzlebox Orbit产品，用注意力程度控制飞行器升高，2013年，明尼苏达大学研制出单模式EEG控制四旋翼飞行器；2016年，东北大学Tianwei Shi等人利用想象运动控制无人机左转右转；2017年，美国圣安东尼奥市德州大学Lenis Merino等人利用单模式SSVEP控制飞行器，正确率为85％。

目前，将脑机一体化技术用于对无人机的智能控制仍存在以下难点，主要有：

(1)单模式脑机一体化技术的局限性，如：稳态视觉诱发电位(Steady StateVisual Evoked Potential，SSVEP)识别准确率高，但是环境适应性差，容易引起实验人员的视觉疲劳；想象运动(Motor Imagery，MI)无需刺激诱发，耐环境好，但特征较弱，识别准确率较低，而且不同被试的完成率差别较大。意识眨眼任务虽然容易实现，但是指令单一，易受肌电等外界噪声的干扰。

(2)系统准确率的提高、响应时间的降低与稳定性的增强，无人机的飞行方向是否按照实验人员的意愿执行，唯一取决于脑机一体化系统对EEG的模式识别结果，无人机完成复杂飞行任务的保障是脑机一体化系统的高准确率。而对无人机的脑控不同于对键盘输入、机械臂等简单机械系统的控制，若系统响应延迟1秒，无人机就有撞机坠落的危险。在室外无人机飞行控制实验中，需要考虑实验人员状态，通讯系统远距离传输，室外风速等可变因素。

发明内容

鉴于以上所述现有的技术难点，本发明的目的在于提供无人机脑机一体化智能控制的方法与技术。具体是提取实验人员想象运动和SSVEP脑电特征，并利用眨眼进行模式切换，识别出实验人员的意图，从而实现对无人机的运动控制。

本发明通过如下技术方案实现：

一、无人机脑机一体化智能控制系统，包括视觉刺激诱发模块、实时画面回传模块、脑电采集仪、多种特征EEG处理模块、脑机通信模块与无人机及机载单片机模块。