[发明专利]一种基于运动想象的便携式脑控无人机系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于运动想象的便携式脑控无人机系统及控制方法，属于脑机接口领域。该系统包括脑电信号采集装置、嵌入式脑电信号处理装置和飞行部分。本发明的脑电信号采集装置使用了高精度高集成度的模拟前端和AD转换芯片，降低了脑电信号采集模块的功耗、简化了系统设计、提高了信噪比，更有利于信号处理因此可大大减小脑电信号采集装置的体积。本系统将脑电信号采集装置集成安装于于电极帽枕叶部份，使用蓝牙作为数据传输方式，以此种形式将脑电信号的采集部分与电极帽结合起来并且形成独立部分，因此极大提高了使用者的舒适性和灵活性。

技术领域

本发明属于脑机接口领域，涉及一种基于运动想象的便携式脑控无人机系统及控制方法。

背景技术

脑机接口(Brain-computer interface,BCI)建立了人与计算机之间的一个交流和控制通道，它是一种通过脑电信号而不依赖外周神经和肌肉组织等这些常用的大脑输出通道来实现人脑与计算机或其他电子设备间通讯的系统。这种技术可以帮助那些有运动障碍的残疾人实现对外部环境和设备的控制，提高他们的生活自理能力。研究表明，特定的想象任务能够产生特定的脑电信号，比如想象肢体某侧运动，可以引起大脑对侧区域脑电信号的某些成分同步减弱或者增强，这种现象被称为时间相关同步和时间相关去同步。基于该现象，运动想象成为脑机接口控制的重要范式。EEG信号十分微弱，几乎被各种噪声完全淹没，在通常实验条件下，它需要经过特殊的处理才能被使用，并且BCI系统还要同时进行视觉画面的呈现以及各种端口的通信任务，这就使得基于PC的BCI系统开发成为过去的最常见方式，但是由于PC的体积庞大也同时限制了BCI系统的实际应用，BCI系统微型化是其走向实际应用所必须解决的问题。

无人驾驶飞机简称“无人机”(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机因使用性上的巨大潜力使之成为当下研究的热点之一，尤其当无人机搭载一些外部设备如摄像头、机械臂、各种操纵装置后，能够为人们带来很大帮助。但是，目前对于无人机的操控一般采用遥控器，该种方式只适用于一般人群，一些残障人士很难实现对无人机的操控，并且这种方式缺少对飞行器控制的有效补偿器，不能充分发挥其主动性。而脑机接口技术的发展正好为此问题提供了有效的解决方案。

中国计量学院的“一种基于稳态视觉诱发电位的飞行器控制装置”和东南大学的“基于稳态视觉诱发电位的无人机操控方法”分别提出了使用稳态视觉诱发电位控制无人机飞行的方法和装置。上海交通大学提出了“一种基于可穿戴显示器的一部脑控无人机系统”该方法将稳态视觉诱发画面叠加显示于无人机视角画面之上，以降低使用者的疲劳感和操作负担。但是其均使用以稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual EvokedPotentials,SSVEP)作为脑电信号的应用种类，在这种方式中，使用者需要集中注意力注视刺激单元，在这段刺激时间内无法关注无人机飞行状态，也无法对飞行做出快速的控制，因此，利用SSVEP控制无人机并不能很好的保证系统的实时性。上海大学提出了“基于VC++和Matlab混合编程的Emotiv脑控无人机系统及方法”该方法基于运动想象，使用了Emotiv脑电信号采集设备，使用VC++和Matlab分别开发了脑电信号采集的功能和脑电信号在线分析的功能。但由于其基于PC端开发，PC端体积较大并且需要电源持续供电，因此对于控制无人机的应用来说，移动性便携性不够好。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于运动想象的便携式脑控无人机系统及控制方法，由脑电信号采集装置、嵌入式脑电信号处理装置、搭载了摄像头与图传模块的无人机三大部分构成。

其中，无人机在飞行过程中通过图传模块将飞行画面传送回嵌入式处理装置进行实时显示，使用者通过观看飞行画面依照飞行需要想象左手、右手、左脚、右脚动作分别对应无人机左、右、前进、后退飞行。