一种基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人及其控制方法，包括上半球壳和下半球壳，所述上半球壳和下半球壳通过卡扣固定；所述上半球壳和下半球壳组成的内腔中设有主体支架；所述主体支架上半部分上固定有主控电路板，所述主体支架下半部分固定有直流电机A、直流电机B和中心轴；所述主控电路板上设有LED电路板，所述LED电路板呈X形，四角上设有LED灯珠。本发明专利技术将LED作为刺激源集成于球形机器人本体中，使用户能够在控制机器人的同时对其周边环境能够实时捕捉进行判断。本发明专利技术设计一种具有独特结构的球形机器人，能够在任意过程中保证内部结构不发生晃动。保证内部结构不发生晃动。保证内部结构不发生晃动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人及其控制方法


[0001]本专利技术涉及机器人领域，尤其涉及一种基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]球形机器人是一种新型的，外观为圆球状的移动机器人。能够灵活地在环境中进行移动探测。由于其结构的特殊性，可以将其运动所需的执行机构，控制系统，感知系统，及能源供给系统集成于其球形外壳内部。使其具有结构紧凑，运动灵活，自平衡性强的特点。根据其灵活的运动特点，球形机器人可以应用于狭小空间，可以完成轮式及轨道式机器人无法完成的动作。因其具有很强的自适应性及密封性，可以适应不同的运动条件，例如沙地、水面等等，能够满足人们对机器人运动灵活性和恶劣环境适应能力的要求。该机器人可作为特种机器人应用于狭小复杂空间的检测、侦察。相比于传统轮式机器人，依靠其独特的结构能够在复杂地形中充分发挥自身的灵活性和机动性，大大提高作业效率。因其独特外形所具有的安全性，自滚动机器人也作为儿童教具而广泛使用。
[0003]近年来，球形机器人已作为商业产品进入教育领域与家庭娱乐领域。但目前，对于球形机器人的运动控制研究还不完善。结合脑机接口的控制方法，可以实现隔空意念控制。将脑机接口新型人机交互方式与球形机器人的运动灵活性相结合，将具有广泛的应用前景。
[0004]脑机接口技术能够提供一种绕过正常神经通路的交互通道：当大脑进行活动时，大脑皮层中的神经元会产生电信号。通过脑电采集设备可以采集脑电信号，对采集到的脑电信号进行处理可以解码大脑活动的意图，随后再将对应的控制信号进行传递，完成对外部设备的控制。近年来，脑机接口技术取得了飞速发展。从最初实现控制各类输入设备对电脑进行指令输入任务，发展到近年来可以控制实体设备如轮椅，机械臂等。发展基于脑机接口的实体设备控制具有十分重要的现实意义。
[0005]SSVEP是由注视持续周期性闪烁的刺激产生响应的脑电特征,具体表现为在大脑的枕叶区产生同频的幅值较强的脑电信号，这一特征信号即为SSVEP。设计算法对该特征进行识别就可以解码出用户当前的注视意图。相较于其他范式，SSVEP具有高信息传输率，高信噪比等优点从而被广泛研究。当前限制SSVEP脑机接口应用的因素中，最重要的一点是刺激呈现与控制实体的分离割裂导致往往需要采用第三视角或第一视角的视频反馈来提供实际场景的信息，在此基础上布置诱发SSVEP的闪烁刺激。这样往往会造成实时信息捕捉的不完整和滞后。
[0006]因此，本领域的技术人员致力于研发一种基于脑机接口控制的球形机器人系统，实现对球形机器人的意念控制。以LED为刺激源，将其集成于球形机器人本体中，使用户能够通过脑机接口实现对球形机器人的运动控制，同时对机器人周边的环境能够实时捕捉进行判断。以该脑控球形机器人为基础，可以进一步研究基于教育、娱乐等场景的SSVEP高效诱发范式及高正确率连续解码算法，开发应用于球形机器人的高效运动机构和鲁棒运动控
制方法。

技术实现思路

[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人，包括上半球壳和下半球壳，所述上半球壳和下半球壳通过卡扣固定；所述上半球壳和下半球壳组成的内腔中设有主体支架；所述主体支架上半部分上固定有主控电路板，所述主体支架下半部分固定有直流电机A、直流电机B和中心轴；所述主控电路板上设有LED电路板，所述LED电路板呈X形，四角上设有LED灯珠。
[0008]进一步地，所述主体支架上还设有牛眼轮B和牛眼轮C。
[0009]进一步地，所述主控电路板上还设有牛眼轮支架，所述主控电路板、LED电路板和牛眼轮支架通过紧固件与主体支架固定。
[0010]进一步地，所述牛眼轮支架上固定有牛眼轮A，所述牛眼轮A、牛眼轮B和牛眼轮C与上半球壳和下半球壳内表面接触，支撑起整个内部结构。
[0011]进一步地，所述直流电机A、直流电机B作为执行器，小齿轮A和小齿轮B分别固定在直流电机A和直流电机B的输出轴上，并分别与橡胶轮A和橡胶轮B内侧的大齿轮啮合，完成传动；所述橡胶轮A和橡胶轮B的外侧橡胶部分通过与上半球壳和下半球壳摩擦实现机器人的运动。
[0012]进一步地，所述橡胶轮A和橡胶轮B由内侧的大齿轮和外侧的橡胶部分组成，所述橡胶部分通过与上半球壳和下半球壳摩擦实现机器人的运动；所述橡胶轮A和橡胶轮B通过法兰轴承固定在中心轴上，能够绕中心轴转动。
[0013]进一步地，所述LED灯珠以右下角为1号开始，排序编号。
[0014]进一步地，所述主体支架上半部分上还固定有电池。
[0015]一种依据前述的基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人的控制方法：用户通过注视球形机器人内的不同LED灯珠诱发SSVEP，用户的脑电信号通过无线脑电采集设备获取，将采集到的脑电信号进行放大后由上位机进行信号处理和特征识别，得到用户注视的LED灯珠序号，从而控制球形机器人运动。
[0016]进一步地，所述LED灯珠序号以不同频率和/或不同颜色进行闪烁。
[0017]与现有技术相比，本专利技术带来的有益效果是：
[0018]本专利技术将LED作为刺激源集成于球形机器人本体中，使用户能够在控制机器人的同时对其周边环境能够实时捕捉进行判断。球形机器人内的电路板四角各有一个LED，能够以不同频率闪烁。用户可以在球形机器人的一定范围内通过直接观察球形机器人对其进行控制，无需经过其他设备。通过采集用户的脑电信号并对其解码，可以得到用户注视的LED序号，从而给机器人下达对应的指令。用户可以通过直接观察机器人的方式控制机器人的运动，相比通过观察独立界面进行控制，这种控制方式能够使用户更容易观察到机器人的工作环境，更及时有效地做出判断。
[0019]本专利技术设计一种具有独特结构的球形机器人，能够在任意过程中保证内部结构不发生晃动。使用多个牛眼轮与球壳内表面接触，不影响内部结构旋转的同时限制内部结构的平移。使用此类结构的球形机器人更加稳定，易于控制。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的一个较佳实施例的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术的较佳实施例的另一方向的结构示意图；
[0022]图3是本专利技术的较佳实施例的电机的结构示意图；
[0023]图4是本专利技术的较佳实施例的LED电路板的结构示意图；
[0024]图5是本专利技术的较佳实施例的脑控球形机器人系统框图.
具体实施方式
[0025]以下参考说明书附图介绍本专利技术的优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0026]球形机器人的机械结构由图1、图2所示。球形机器人的外壳由上半球壳1和下半球壳2构成，二者可以通过卡扣的方式自行固定。
[0027]球形机器人内部使用直流电机A3和直流电机B4作为执行器。橡胶轮A7和橡胶轮B8由内侧的大齿轮和外侧的橡胶部分组成，二者能够同步转动。小齿轮A5和小齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人，其特征在于，包括上半球壳(1)和下半球壳(2)，所述上半球壳(1)和下半球壳(2)通过卡扣固定；所述上半球壳(1)和下半球壳(2)组成的内腔中设有主体支架(10)；所述主体支架(10)上半部分上固定有主控电路板(12)，所述主体支架(10)下半部分固定有直流电机A(3)、直流电机B(4)和中心轴(9)；所述主控电路板(12)上设有LED电路板(13)，所述LED电路板(13)呈X形，四角上设有LED灯珠。2.根据权利要求1所述的基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人，其特征在于，所述主体支架(10)上还设有牛眼轮B(17)和牛眼轮C(18)。3.根据权利要求2所述的基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人，其特征在于，所述主控电路板(12)上还设有牛眼轮支架(14)，所述主控电路板(12)、LED电路板(13)和牛眼轮支架(14)通过紧固件(15)与主体支架(10)固定。4.根据权利要求3所述的基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人，其特征在于，所述牛眼轮支架(14)上固定有牛眼轮A(16)，所述牛眼轮A(16)、牛眼轮B(17)和牛眼轮C(18)与上半球壳(1)和下半球壳(2)内表面接触，支撑起整个内部结构。5.根据权利要求1所述的基于SSVEP的脑控自滚动球形机器人，其特征在于，所述直流电机A(3)、直流电机B(4)为执行器，小齿轮A(5)和小齿轮B(6)分别固定在直流电机A(3)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟建军，石尚，朱孟阳，艾吉昆，朱向阳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：