[发明专利]一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手及其绘图方法

摘要

本发明公开了一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手，包括视觉刺激器主控模块，视觉刺激器面板模块，脑电信号采集模块，脑电数据传输模块，信号处理模块，国画机械手模块，采用由六个伺服电机驱动的AVR编程机械手，Atmega168单片机控制器控制机械手的运动，并通过串口的方式与FPGA进行实时通讯。本发明国画机器手中的脑电信号采集端采用便携式蓝牙信号传输，大大提升了数据传输的灵活性和网络传输速度，提高脑机接口系统的实用性，提高控制精度的同时提升了文化内涵，最终的小型化道路必将落实到脑‑机接口系统的嵌入式实现，便携式脑‑机接口系统具有广泛的应用前景。本发明还公开了一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手的绘图方法。

主权项

1.一种基于视觉诱发脑机接口的国画机器手，其特征在于，包括：视觉刺激器，采用稳态视觉诱发脑电信号，根据稳态视觉诱发电位的原理，使用基于白色发光二极管LED实现视觉刺激；脑电信号采集模块，采用便携式信号采集放大器对脑电信号进行采集；脑电数据传输模块，在现场可编程逻辑门阵列FPGA的设计中使用VHDL将通用异步收发器功能集成到FPGA内部，实现FPGA开发板与信号采集放大器之间的数据传输；在FPGA中设置环形缓冲区用于不断的从信号采集放大器接收脑电数据块，并存储起来，同时设置逻辑控制子模块接收环形缓冲区提供的触发，并通过逻辑控制，决定是否可以触发信号处理；信号处理模块，信号预处理：采用Matlab中的FADTool生成FIR带通滤波器系数和对应的VHDL程序，然后把VHDL程序在FPGA里面生成对应的FIR带通滤波器模块，从而实现对原始脑电信号的滤波；信号特征提取与识别：采用功率谱估计实现对视觉诱发脑电信号进行诱发电位特征提取，用BP神经网络识别视觉诱发电位特征；控制指令输出模块，通过信号处理模块识别出的刺激频率匹配国画机械手指令库进而转换为相对应的控制指令来实现机械手绘图动作，同时在FPGA中显示将要绘制的指令；国画机械手模块，采用由六个伺服电机驱动的AVR编程机械手，Atmega168单片机控制器控制机械手的运动，并通过串口的方式与FPGA进行实时通讯；视觉刺激器主控模板，采用FPGA针对同一个50MHZ有源晶振进行整数倍分频，然后通过并行控制使每组LED灯独立闪烁，在Quartus II软件上使用VHDL语言编写一个分频模块文件，设置分频基数参数来获得所需频率；视觉刺激器面板模块，国画机器手的视觉刺激器面板由12个以不同频率闪烁的方块组成，包含上、下、左、右4个方位命令和竖线、斜线、锯齿线、波浪线、实心点、返回、绘制、结束8个绘图命令，LED刺激器采用ULN2003驱动芯片，每个方块采用白色树脂封装保证所有的刺激方块稳定正常闪烁，将12个LED以6串6并的方式组合来增加每个刺激方块的发光面积；所述便携式信号采集放大器为NeuroX.BC便携式信号采集放大器，支持蓝牙传输脑电信号数据。