【技术实现步骤摘要】
一种基于运动想象脑电与头姿的智能轮椅及控制方法
[0001]本专利技术涉及脑
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机接口与机器视觉
，具体涉及一种基于运动想象脑电和头姿交互的智能轮椅连续控制方法及系统。
技术介绍
[0002]随着当今社会对于老年人群和残疾人群关注度的提升，如何满足上述群体的出行需求，成为亟待解决的社会热点问题。近年来，智能轮椅在解决老年和残疾群体的出行问题中扮演了重要的角色。脑
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机接口是一项新兴的技术，其最终研究目标之一是通过实时解码用户的大脑活动来实现对外部设备的控制，可以帮助高位截瘫和偏瘫用户重新和外部世界建立联系。运动想象脑电信号作为一种典型的自发脑电，在受试者想象某种特定的动作而没有做出实际的肢体动作时，大脑皮层的感觉运动区域也会产生相应的电位变化。根据对应信号的增强和减弱变化现象，称之为事件相关同步和事件相关去同步现象。执行不同的运动想象动作，会使不同位置的Mu和Beta节律产生对应的变化。将事件相关同步和事件相关去同步现象作为判断不同的运动想象动作的重要依据，更能直观体现受试者的主观意
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种基于运动想象脑电与头姿的智能轮椅，包括电动轮椅主体，其特征在于，还包括安装在主体上的附属结构：脑电采集设备、头姿采集设备、颈部肌电采集设备、头部姿态估计模块、虚拟光标控制模块、轮椅人机交互接口模块、疲劳感知模块；Kinect深度相机、PC控制器托盘、蓄电池及逆变器；所述脑电采集设备安装在电动轮椅背部，通过蓄电池经逆变器进行供电；Kinect深度相机安装在用户正前方，脑电与头姿信号处理和轮椅控制由PC控制器进行处理，PC控制器放在用户正前方的托盘上，方便进行视觉反馈和人机交互；所述脑电采集设备采集的脑电信号通过USB接口传输到虚拟光标控制模块，再使用TCP通信发送到轮椅人机交互接口，最后通过串口通信方式将控制指令传达给电动轮椅；所述头姿采集设备采集的头部姿态通过USB接口传输到头部姿态估计模块，在使用TCP通信发送到轮椅人机交互接口，最后通过串口通信方式将控制指令传达给电动轮椅；所述肌电采集设备采集的颈部肌电信号，通过TCP通信传输到疲劳感知模块，根据疲劳感知的结果判断切换脑电控制和头姿控制。2.如权利要求1所述的智能轮椅的控制方法，其特征在于，一方面，Kinect传感器捕获的头姿深度图像经头姿估计模块估计出头部实时姿态后，进一步映射至机器人轮椅人机交互接口产生控制指令，实现轮椅的头姿交互控制；另一方面，Neuroscan脑电控制器实时采集运动想象脑电信号，经前期处理后用于虚拟光标的控制，受控的虚拟光标同步映射到机器人轮椅人机交互接口，产生连续脑电控制指令实现轮椅的交互；Delsys肌电传感器采集的颈部表面肌电信号经疲劳感知模块评估后，根据疲劳状态确定是否产生切换指令，实现头姿与脑电两种交互方式的切换；具体包括以下步骤：S1、在头姿控制模式下，利用Kinect深度相机实时获取用户的头部姿态，具体包括：S11、利用随机森林融合最近点迭代算法估计受试者的头部姿态；S12、将受试者的实时头部姿态坐标映射到轮椅控制模块；S13、根据头部姿态坐标的变化，实时连续输出轮椅的速度指令；S2、在运动想象脑电控制模式下，运动想象脑电控制需要通过筛选实验，获取受试者感觉运动节律参数，分析实验数据找到每位受试者各自最优的参数配置；S3、经过特征提取和特征转化，将受试者的脑电信号转化为虚拟光标的控制指令；S4、将S3步骤中受控的虚拟光标同步映射到机器人轮椅人机交互接口，生成轮椅左右轮的速度指令驱动轮椅运动；S5、实时监测用户颈部肌肉的疲劳生理响应，根据疲劳评估模型判断受试者颈部肌肉的疲劳状态，确定是否在运动想象脑电与头姿两种交互控制方式中进行切换。3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，脑电采集设备为Neuroscan公司研制的SynAmp2放大器和64通道Quik
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Cap电极帽，选用其中的FC6、FC4、FC2、FC5、FC3、FC1、C6、C4、C2、C5、C3、C1、CP6、CP4、CP2、CP5、CP3、CP1共18个通道，使用Scan4.5采集软件采集用户的脑电信号。4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体如下：在此步骤中，使用共同平均参考滤波器对采集到的脑电信号进行空间滤波，计算出中心电极以外的所有电极的平均值，将其作为参考,其公式为
技术研发人员：王强，徐国政，孙星，高翔，谭彩铭，朱博，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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