一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统及控制方法技术方案

一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统，包括脑电采集处理设备、肌电采集处理设备和小车控制装置。所述脑电采集处理设备包括脑电信号采集单元和脑电信号处理单元；所述脑电信号处理单元接收脑电信号采集单元获取的脑电信号并处理后得到rawdata值和Attention值。所述肌电采集处理设备包括肌电信号采集单元和肌电信号处理单元；所述肌电信号采集单元接收该肌电信号采集单元获取的肌电信号并处理后得到肌电数字信号。所述小车控制装置包括信号接收处理单元、控制单元，所述信号接收处理单元分别接收所述脑电信号处理单元输出的rawdata值和Attention值并对其进行阀值比较、以及接收肌电信号处理单元输出的肌电数字信号并对其进行计算和阀值比较后生成控制指令输出到控制单元。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统及控制方法
本专利技术涉及通过生物电实现的人机交互控制领域，尤其是涉及一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统及控制方法。
技术介绍
近年随着脑机接口技术、电子集成技术等相关技术的迅速发展，生物电信号在人机交互控制系统中的应用日趋增多。生物电信号中，多以脑电信号和肌电信号的应用为主，主要用于实现对电脑光标、键盘、遥控器、小车、轮椅等设备进行控制，以方便目标人群(如残疾人、老年人等)解决手控设备的困难。现有技术中对小车的控制通常仅通过脑电信号实现，但由于脑电信号具有不确定性、随机性和微弱性的特性，同时其可识别的信号种类有限，而小车具有各种不同的运动状态，仅通过脑电信号实现控制小车会导致其控制准确性较低，实用性不高。
技术实现思路
为弥补现有技术的缺点与不足，本专利技术提供了一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统及控制方法，通过脑电信号与肌电信号结合共同控制小车，既可以解决因脑电信号控制模式过少而造成实用性低的问题，又可以提高控制时的准确性。一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统，包括脑电采集处理设备、肌电采集处理设备和小车控制装置。所述脑电采集处理设备包括一脑电信号采集单元和一脑电信号处理单元；所述脑电信号处理单元接收该脑电信号采集单元获取的设备使用者原生脑电信号，并对其处理后得到脑电信号的rawdata值和Attention值。所述肌电采集处理设备包括一肌电信号采集单元和一肌电信号处理单元；所述肌电信号采集单元接收该肌电信号采集单元获取的设备使用者原生肌电信号，并对其处理后得到肌电数字信号。所述小车控制装置包括信号接收处理单元、控制单元、第一电机和第二电机，其中，所述信号接收处理单元分别接收所述脑电信号处理单元输出的脑电信号的rawdata值和Attention值并对其进行阀值比较、以及接收肌电信号处理单元输出的肌电数字信号并对其进行计算和阀值比较，之后生成控制指令输出到控制单元，所述控制单元根据接收到控制指令分别调整驱动小车两侧车轮的第一电机和第二电机。进一步地，所述脑电信号处理单元为TGAM模块，对原生脑电信号进行放大、滤波、A/D转换后输出rawdata和Attention值。进一步地，所述信号接收处理单元包括处理脑电信号的rawdata阀值比较模块和Attention阀值比较模块；所述rawdata阀值比较模块接收到所述脑电信号处理单元输出的脑电信号的rawdata值后，通过比较rawdata值和设定的小车基本运动状态阀值，满足条件则生成改变小车基本运动状态的指令；所述Attention阀值比较模块接收到所述脑电信号处理单元输出的脑电信号的Attention值后，通过比较Attention值和设定的小车速度档位阀值范围，满足条件则生成小车速度档位控制指令。进一步地，所述信号接收处理单元还包括处理肌电信号的肌电计算和阀值比较模块，所述肌电计算和阀值比较模块接收到所述肌电信号处理单元输出的肌电数字信号后，通过下述公式计算得一组肌电信号的标准差数值：其中N为集合的总个数，μ为集合的平均数，χi为集合中第i个元素的数值，σ为输出；然后将所述标准差数值σ与设定的咬肌标准差阀值比较，满足条件则生成小车转向控制指令。进一步地，所述信号接收处理单元为树莓派4B主板，所述树莓派4B主板与所述脑电信号处理单元和肌电信号处理单元均蓝牙连接。一种基于脑电和肌电结合的小车控制方法，包括以下步骤：S10：分别获取设备使用者的脑电信号的rawdata值和Attention值、以及获取设备使用者的肌电数字信号并对该肌电数字信号计算得到反映肌电信号离散程度的标准差σ；S20：对脑电信号的rawdata值、Attention值，及肌电信号的标准差σ分别进行阀值比较判断，若满足条件，则生成控制小车运动的控制指令。进一步地，所述步骤S20还包括以下步骤：S21：将rawdata值与设定的基本运动状态阀值比较，若rawdata值超过所述基本运动状态阀值，则生成改变小车基本运动状态的控制指令；S22：将Attention值与速度档位阀值范围比较，若Attention值处于某一速度档位的阀值范围，则生成控制小车速度档位的控制指令；S23：将肌电信号离散程度的标准差σ与设定的反映咬肌咬合状态的阀值范围比较，若一侧咬肌为咬合状态，生成控制小车转向的控制指令。为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。附图说明图1是本专利技术的一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例所述小车控制系统的肌电数字信号输出图；图3是本专利技术一种基于脑电和肌电结合的小车控制方法的流程图；图4是本专利技术实施例所述小车控制方法的流程图。具体实施方式请参阅图1，其为本专利技术实施例所述小车控制系统的结构示意图，本专利技术的基于脑电和肌电结合的小车控制系统包括脑电采集处理设备10、肌电采集处理设备20和小车控制装置30，所述脑电采集处理设备10和肌电采集处理设备20分别采集脑电信号和肌电信号并对其处理后，传送至小车控制装置30以控制小车的运动。具体地，所述脑电采集处理设备10包括脑电信号采集单元12和脑电信号处理单元14，所述脑电信号采集单元12与所述脑电信号处理单元14电连接。所述脑电信号采集单元12为通用的接触式采集设备，使用时把脑电信号采集单元12佩戴在头上，脑电信号采集单元12即可获取设备使用者头部前额处的原生脑电信号。所述脑电信号处理单元14在本实施例中具体为TGAM模块，其接收该脑电信号采集单元12获取的原生脑电信号，并对其进行放大、滤波、A/D转换后，得到脑电信号的rawdata值和Attention值。其中，所述rawdata值为设备使用者脑电信号的实时电位值，通过实验比对可得在设备使用者有意做出双眨眼动作时，rawdata值会在极短的时间内突增至800以上，而在设备使用者无意间或是习惯性双眨眼时，rawdata值并不会出现幅度如此大的电位变化。因此，若检测到的rawdata值大于800，则算为1次双眨眼。因此，可以利用rawdata值来检测设备使用者的眨眼状态，进而控制小车的基本运动状态。Attention值为专注度值，其具体范围在0-100之间，经过多次实验可得，正常成年人在常态精神状况下，其提取到的Attention值通常维持在40左右，且极少出现大于90的情况。因此，可利用Attention值用于控制小车的速度档位。所述肌电采集处理设备20包括肌电信号采集单元22和肌电信号处理单元24，所述肌电信号采集单元22与所述肌电信号处理单元24电连接。所述肌电信号采集单元22为通用的接触式采集设备，使用时把肌电信号采集单元22套于面部两侧咬肌处，即可获取设备使用者面部两侧咬肌的原生肌电信号，分别输出左侧咬肌电信号和右侧咬肌电信号。所述肌电信号处理单元24接收所述肌电信号采集单元22输出的左侧咬肌电信号和右侧咬肌电信号，并对其进行初本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统，其特征在于：包括脑电采集处理设备、肌电采集处理设备和小车控制装置；其中，/n所述脑电采集处理设备包括一脑电信号采集单元和一脑电信号处理单元；所述脑电信号处理单元接收该脑电信号采集单元获取的设备使用者的原生脑电信号，并对其进行处理后得到脑电信号的rawdata值和Attention值；/n所述肌电采集处理设备包括一肌电信号采集单元和一肌电信号处理单元；所述肌电信号采集单元接收该肌电信号采集单元获取的设备使用者的原生肌电信号，并对其进行进行处理后得到肌电数字信号；/n所述小车控制装置包括信号接收处理单元、控制单元、第一电机和第二电机，其中，所述信号接收处理单元分别接收所述脑电信号处理单元输出的脑电信号的rawdata值和Attention值对其进行阀值比较、以及接收肌电信号处理单元输出的肌电数字信号并对其进行计算和阀值比较，之后生成控制指令输出到控制单元，所述控制单元根据接收到控制指令分别调整驱动小车两侧车轮的第一电机和第二电机。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电和肌电结合的小车控制系统，其特征在于：包括脑电采集处理设备、肌电采集处理设备和小车控制装置；其中，
所述脑电采集处理设备包括一脑电信号采集单元和一脑电信号处理单元；所述脑电信号处理单元接收该脑电信号采集单元获取的设备使用者的原生脑电信号，并对其进行处理后得到脑电信号的rawdata值和Attention值；
所述肌电采集处理设备包括一肌电信号采集单元和一肌电信号处理单元；所述肌电信号采集单元接收该肌电信号采集单元获取的设备使用者的原生肌电信号，并对其进行进行处理后得到肌电数字信号；
所述小车控制装置包括信号接收处理单元、控制单元、第一电机和第二电机，其中，所述信号接收处理单元分别接收所述脑电信号处理单元输出的脑电信号的rawdata值和Attention值对其进行阀值比较、以及接收肌电信号处理单元输出的肌电数字信号并对其进行计算和阀值比较，之后生成控制指令输出到控制单元，所述控制单元根据接收到控制指令分别调整驱动小车两侧车轮的第一电机和第二电机。


2.根据权利要求1所述的基于脑电和肌电结合的小车控制系统，其特征在于：所述脑电信号处理单元为TGAM模块，其对原生脑电信号进行放大、滤波及A/D转换后输出rawdata值和Attention值。


3.根据权利要求2所述的基于脑电和肌电结合的小车控制系统，其特征在于：所述信号接收处理单元包括处理脑电信号的rawdata阀值比较模块和Attention阀值比较模块；所述rawdata阀值比较模块接收到所述脑电信号处理单元输出的脑电信号的rawdata值后，通过比较rawdata值和设定的小车基本运动状态阀值范围生成改变小车基本运动状态的指令；所述Attention阀值比较模块接收到所述脑电信号处理单元输出的脑电信号的Attention值后，通过比较Attentio...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘家辉，刘斯语，刘鑫琪，叶耀光，刘捷，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44