一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统及调节方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统及调节方法，该系统包括脑电采集模块、脑电处理模块、脑电控制模块和按摩椅。其中，脑电采集模块用于采集用户在当前按摩强度下生成的脑电信号；脑电处理模块接收当前脑电信号并对脑电信号进行处理，将处理后的脑电数据和系统数据库中存储的个人数据进行比对，分析当前的脑电数据，得出按摩强度下的舒适度，判断所需要的调节控制指令，然后发出指令；脑电控制模块接收控制指令，并根据控制指令对按摩强度进行调节，直至用户脑电信号反馈舒适为止。本发明专利技术智能化程度更高，使人全身心投入按摩；采用个人系统数据库作为按摩椅舒适度控制标准，人性化程度更高。

A Comfort Auto-adjusting System and Method of Massage Chair Based on Brain-Computer Interface

The invention discloses an automatic comfort adjusting system and adjusting method of massage chair based on brain-computer interface, which comprises an EEG acquisition module, an EEG processing module, an EEG control module and a massage chair. Among them, the EEG acquisition module is used to collect the EEG signal generated by the user under the current massage intensity; the EEG processing module receives the current EEG signal and processes the EEG signal, compares the processed EEG data with the personal data stored in the system database, analyses the current EEG data, obtains the comfort degree under the massage intensity, and judges the adjustment control needed. The EEG control module receives the control instructions and adjusts the massage intensity according to the control instructions until the user's EEG signal is comfortable. The invention has a higher degree of intellectualization and makes people devote themselves wholeheartedly to massage, and adopts the personal system database as the comfort control standard of massage chair, with a higher degree of humanization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统及调节方法
本专利技术涉及脑机接口应用
，特别涉及一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统及调节方法。
技术介绍
目前，我国按摩椅控制方式种类繁多，包括手动按钮控制按摩椅、通过App操控、智能语音对话控制按摩椅等。手动按钮控制是需要根据自己的舒适状态手动调节按钮；App操控，用智能手机下载对应品牌的应用App，就可以通过手机代替遥控器来操控按摩椅并进行舒适度手动调节，可以远程下载不同类型的自动按摩程序供用户使用；智能语音对话，可以直接向按摩椅下达语音指令操控按摩椅并进行舒适度调节。目前，上述按摩椅控制方式的不足是需要人根据按摩舒适度进行手动或者声音控制，无法根据舒适状态实时调节。随着脑机接口的高速发展，通过脑机接口技术可以采集、分析大脑对按摩椅舒适度反馈的脑电信号，通过对脑电信号进行特征参数提取和分类，发出控制系统可识别的相应指令，实现按摩椅舒适度的实时自动控制。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统及调节方法，通过采集分析反映人体按摩舒适度的脑电信号，对用户实时舒适度状态进行判断，实现对按摩椅的控制，其智能化程度高，更能够充分地满足用户的需求。基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统将会极大的丰富按摩椅的控制方式，使人全身心地享受按摩。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，包括脑电采集模块、脑电处理模块、脑电控制模块和按摩椅。脑电处理模块与脑电采集模块无线通信连接，脑电处理模块接收脑电采集模块采集的脑电信号；脑电控制模块与脑电处理模块通过有线通信连接，脑电控制模块接收脑电处理模块发送的控制指令。脑电控制模块中控制电路的第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元分别与按摩椅的颈部按摩装置、腰部按摩装置和腿部按摩装置相连，控制按摩椅的颈部、腰部和腿部按摩装置的各个电机，实现脑机接口控制按摩椅。所述脑电采集模块采用脑电采集帽，微处理单元集成在脑电采集帽上。本专利技术采用的是干电极脑电采集帽，干电极数量为11个，分别为C3、CZ、C4、CP1、CP2、P3、PZ、P4、M1、M2、GND。其中，C3、CZ、C4、CP1、CP2、P3、PZ、P4为采集电极，采集用户大脑顶叶区，M1、M2为参考电极，GND为接地电极。脑电采集帽上干电极可采集原始脑电信号，脑电采集模块采集的是用户基于触觉刺激的脑电信号，即采集用户基于当前按摩强度的脑电信号。该脑电采集帽摆脱了对导电介质的依赖性并且采用了无线通信技术，具有使用简便、不易受环境制约的特点。脑电采集帽的各个电极之间采用了柔性连接，能够很好地适用不同使用者的头部形状，并且可以长时间穿戴而无不适感。进一步地，微处理单元包括STM32C8T6处理器芯片、前置放大电路、带通滤波电路、50Hz掐波电路、主放大电路、A/D转换电路和输出电路。所述前置放大电路从噪声背景中提取脑电信号；带通滤波电路使频率为0.05-100Hz的心电信号通过；50Hz掐波电路用于过滤掉50Hz工频干扰；主放大电路将前置放大的脑电信号进行再次放大；A/D转换电路将系统采集到的模拟信号转换为数字信号；输出电路将转换后的数字信号输出。通过上述电路，能够准确地提取出用户的脑电信号，用于脑电处理分析以及准确控制按摩椅调节按摩强度至舒适位置。所述脑电处理模块采用计算机，与脑电采集模块无线连接，通过计算机的Matlab软件进行编程运算处理，得到脑电分析软件，该软件包含了三个处理步骤：预处理、特征提取和特征分类。脑电信号的预处理，即滤波，包括对信号进行时域、频域滤波，以减少信号中的伪迹和干扰，降低噪声对脑电信号的影响，提高与受试者思维活动任务相关的脑电信号的占比，增加后续数据处理分析的准确度；特征提取是BCI(Brain-computerInterface)技术中最关键的部分，是指对经过预处理的脑电数据进行各类时域、频域分析，如短时傅里叶变换、小波包变换，将原始的脑电信号中能反映出用户大脑真实思维活动的特征提取出来，以供分类器进行学习和分类。进一步，除了提取利于分类的特征，特征提取的过程还需要对提取的利于分类的特征进行数据降维，以减少特征向量的维数和数据运算量，满足系统实时性的要求；特征分类是对提取到的特征做分析进行分类器的构建，再使用分类器将不同类别的脑电特征进行分类，将不同按摩强度下的脑电信号区分出来，在对脑电信号进行分类时，需要根据不同特性的脑电信号来选择合适的分类器。本专利技术采用的分类器是支持向量机(SupportVectorMachine，SVM)。在脑电处理阶段，计算机可进行脑电信号分解，如通过独立分量分解、小波变换和傅里叶变换得到n个频率段，并分别进行频谱分析得到n个频谱特征，然后进行特征提取，并将提取到的特征参数与数据库的数据参数进行对比分析，发出控制指令。若用户脑电信号反馈不舒适状态，调整按摩座椅的按摩强度，再次采集用户实时脑电数据，重复上述过程，直至用户状态为舒适。其中，所提取到的特征还可反馈到脑电信号分解步骤进行特征优化。所述脑电控制模块包括控制电路、电动机和单片机，与脑电处理模块有线连接。控制电路分为以下三部分：电磁阀驱动电路，用于控制按摩椅气囊的充放气；电机驱动电路，用于控制揉捏、捶打、推杆的电机；位置检测电路，用于标定按摩椅机芯行走位置、揉捏宽度，使单片机能更好的控制电机转动，实现按摩功能，所述机芯采用3D机芯。其中，按摩椅的按摩强度由电机转速决定，按摩强度可分为1～N级，强度依次增大。脑电控制模块接收控制指令后，单片机执行控制程序，输出控制信号，控制各类电机，使按摩椅的执行机构动作，从而实现对颈部、腰部、腿部的按摩。本专利技术的脑电控制模块采用PIC16F74单片机。本专利技术的脑电采集模块、脑电处理模块、脑电控制模块均具有对应的独立供电电源。其中，脑电采集模块的电源可为9V的直流电，脑电处理模块、脑电控制模块的电源为19V的直流电，均可以通过对220V交流电进行整流、滤波、降压得到。按摩装置的电源均为220V交流电。本专利技术将会预设个人系统数据库，个人系统数据库是一种基于脑机接口的人体舒适度参数数据库，其中，个人数据是基于脑电采集模块采集用户在初次使用按摩椅时的脑电信号，通过脑电处理模块处理的不同舒适度状态时的脑电数据参数。一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统调节方法，包括如下步骤：S1：预设个人系统脑电数据库。用户初次使用按摩椅自动调节系统时，针对不同按摩强度，需要进行系统预设：针对每一级按摩强度，提取用户在按摩状态下的脑电信号，确定相应的脑电特征参数，得到脑电信号参数舒适区间。建立用户个人的脑电数据库，以此作为按摩椅舒适度的控制标准。步骤S1包括：S11：初次使用按摩椅舒适度自动调节系统，先开启系统各部分供电电源，用户佩戴好脑电采集帽，脑电采集帽尺寸可以微调，用户可自行调节至最舒服的状态。S12：启动脑电处理模块的脑电分析软件，用户初次使用该按摩椅舒适度自动调节系统，脑电分析软件将进行初始化并进入用户个人数据库建立界面。S13：用户在初次接受按摩椅按摩时，预设用户舒适状态电机转速范围为R1～R2，按摩椅的电机转速由小到大，按摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，其特征在于：该系统包括脑电采集模块、脑电处理模块、脑电控制模块和按摩椅；所述脑电采集模块采用脑电采集帽，脑电采集帽上集成有微处理单元；所述脑电处理模块与脑电采集模块无线连接，脑电采集模块将采集的脑电信号传输到脑电处理模块，脑电处理模块的脑电分析软件对脑电信号进行预处理、特征提取和特征分类；所述脑电控制模块包括基于单片机的控制电路和电动机，与脑电处理模块有线连接；脑电控制模块中控制电路的第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元分别与按摩椅的颈部按摩装置、腰部按摩装置和腿部按摩装置相连，控制按摩椅的颈部、腰部和腿部按摩装置的各个电机。

【技术特征摘要】
1.一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，其特征在于：该系统包括脑电采集模块、脑电处理模块、脑电控制模块和按摩椅；所述脑电采集模块采用脑电采集帽，脑电采集帽上集成有微处理单元；所述脑电处理模块与脑电采集模块无线连接，脑电采集模块将采集的脑电信号传输到脑电处理模块，脑电处理模块的脑电分析软件对脑电信号进行预处理、特征提取和特征分类；所述脑电控制模块包括基于单片机的控制电路和电动机，与脑电处理模块有线连接；脑电控制模块中控制电路的第一控制单元、第二控制单元、第三控制单元分别与按摩椅的颈部按摩装置、腰部按摩装置和腿部按摩装置相连，控制按摩椅的颈部、腰部和腿部按摩装置的各个电机。2.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，其特征在于：所述脑电采集帽是干电极脑电采集帽，干电极数量为11个，分别为C3、CZ、C4、CP1、CP2、P3、PZ、P4、M1、M2、GND；其中，C3、CZ、C4、CP1、CP2、P3、PZ、P4为采集电极，采集用户大脑顶叶区，M1、M2为参考电极，GND为接地电极，各个电极之间采用柔性连接。3.根据权利要求1或2所述的一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，其特征在于：所述微处理单元包括STM32C8T6处理器芯片、前置放大电路、带通滤波电路、50Hz掐波电路、主放大电路、A/D转换电路和输出电路；所述前置放大电路从噪声背景中提取脑电信号；带通滤波电路使频率为0.05-100Hz的心电信号通过；50Hz掐波电路用于过滤掉50Hz工频干扰；主放大电路将前置放大的脑电信号进行再次放大；A/D转换电路将系统采集到的模拟信号转换为数字信号；输出电路将转换后的数字信号输出。4.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，其特征在于：所述预处理包括对信号进行时域、频域滤波；所述特征提取是指对经过预处理的脑电数据进行时域、频域分析得到信号特征；使用分类器将所提取的脑电特征进行分类，特征分类将不同按摩强度下的脑电信号区分出来。5.根据权利要求1或4所述的一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，其特征在于：特征提取后，对提取的特征进行数据降维；所述特征分类采用的分类器是支持向量机。6.根据权利要求1所述的一种基于脑机接口的按摩椅舒适度自动调节系统，其特征在于：所述控制电路包括电磁阀驱动电路、电机驱动电路和位置检测电路；所述电磁阀驱动电路用于控制按摩椅气囊的充放气；所述电机驱动电路用于控制按摩椅揉捏、捶打、推杆的电机；所述位置检测电路用于标定按摩椅机芯行走位置、揉捏宽度；所述单片机采用PIC16F74单片机。7.一种基于权利要求1-6所述的自动调节系统实现的调节方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：S1：针对不同按摩强度，预设个人系统脑电数据库，得到脑电信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐玮，宋少泽，杨雷，王宇航，余闯，刘送永，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32