[发明专利]一种基于动态收敛微分神经网络的脑控喝水系统

说明书

本发明提供了一种基于动态收敛微分神经网络的脑控喝水系统，包括如下步骤：1)将emotiv脑电设备采集到的脑电数据进行数据通道筛选、带通滤波以及独立成分分析；2)将将步骤1)中得到的数据集通过动态收敛微分神经网络进行训练以及识别分类；3)将步骤2)中得到的P300识别分类结果结合用户界面得到最终的目标物体编号；4)将步骤3)中得到目标物体编号发送至视觉机械臂系统，抓取杯子送至用户嘴边，完成喝水任务。

技术领域

本发明属于脑电信号识别控制领域，特别涉及一种基于动态收敛微分神经网络的脑控喝水系统。

背景技术

脑机接口(Brain Computer Interface,BCI)是一种不依赖于人体其他器官与外围神经，直接与计算机通信的一条信息传输通道。它为重度残疾病人提供了一种与外界沟通的新方法。重度残疾病人由于行动不便，往往坐在轮椅上或长期卧床，其他人难以准确得知他们的行动意图。他们与外界沟通交流的手段十分有限。

目前，也有部分已有研究试图将脑机接口技术与机械臂技术相结合，公开号为CN102198660A，发明名称为《基于脑-机接口的机械手臂控制系统及动作命令控制方案》的中国专利申请，基于运动想象的脑机接口实现了机械臂上、下、左、右、前、后和手指的抓与放等八个指令的控制；公开号为CN111880656A，发明名称为《一种基于P300信号的智能脑控系统及康复设备》的中国专利申请，开发了一款基于P300信号的智能脑控系统，实现了使用P300信号控制机械臂的任务。以上所述发明专利申请，都只通过脑电信号完成一些简单的甚至是预设的机械臂动作控制任务，机械臂完成的任务并不具体，不能体现机械臂的优势。且其分类网络大多使用简单机器学习方法完成，在计算上需要花费较长的时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种基于动态收敛微分神经网络的脑控喝水系统，使用者可以使用脑电信号完成抓取指定杯子喝水的任务。使用者通过注视屏幕上的字符来选择不同的杯子最终完成使用机械臂抓取指定杯子的任务，通过该系统可以极大的方便重度残疾病人的日常出行。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于动态收敛微分神经网络的脑控喝水系统，包括以下步骤：

S1、对脑电设备采集到的脑电数据进行预处理，得到样本集；

S2、将步骤S1中得到的样本集通过动态收敛微分神经网络进行训练以及识别分类，得到P300识别分类结果；

S3、将步骤S2中得到的P300识别分类结果结合用户界面得到最终的目标物体编号；

S4、将步骤S3中得到目标物体编号发送至视觉机械臂系统，抓取杯子送至用户嘴边，完成喝水任务。

进一步地，步骤S1包括以下步骤：

S1.1、进行通道筛选，去除信号弱的通道信号；

S1.2、对采集到的通道信号进行带通滤波；

S1.3、进行独立成分分析以去除眼电信号和心电信号，从而得到样本集。

进一步地，S1.3中所述进行独立成分分析以去除眼电信号和心电信号，包括：

分别选定眼电信号和心电信号的指定通道；

计算眼电信号的指定通道与其他通道之间的皮尔逊相关性和计算心电信号的指定通道与其他通道之间的皮尔逊相关性；

设定皮尔逊相关性的阈值，若某分量与指定通道的相关性大于相关性系数的阈值或小于负相关性系数的阈值，就认为找到了与心电信号或眼电信号强烈相关的分量，进行排除。

进一步地，皮尔逊相关性的阈值为0.3。