一种基于运动想象的脑控水下航行器系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于运动想象的脑控水下航行器系统及其控制方法,包括脑电采集子系统、脑电分析子系统、控制决策子系统、脑控水下航行器和传感子系统；所述脑电采集子系统，用于采集和传输脑电信号至所述脑电分析子系统；所述脑电分析子系统，用于对所述脑电信号进行预处理、特征提取、模式分类，并发出脑控指令至所述控制决策子系统；所述传感子系统，用于感知所述传感子系统的信息，并反馈至所述控制决策子系统；所述控制决策子系统，用于根据所述传感子系统的信息判断所述脑控指令，并将所述脑控指令转换为运动控制信号发送至所述脑控水下航行器。水下航行器。水下航行器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于运动想象的脑控水下航行器系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于人机交互领域、水下机器人
、信息
和自动控制领域的综合应用，尤其涉及一种基于运动想象的脑控水下航行器系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]水下航行器是一种航行于水下的航行体，能够完成水下勘探、侦测甚至是军事上的进攻防守等任务。上世纪八十年代末，随着计算机、人工智能、微电子等技术及小型导航设备、指挥与控制硬件、逻辑与软件的突飞猛进，自主式水下航行器得到了大力发展。由于其摆脱了系缆的牵绊，在水下作战和作业方面更加灵活，自主式水下航行器日益受到发达国家军事海洋技术部门的重视。但目前为止，国内外针对于自主式水下机器人的研究中还存在一定瓶颈，相关技术还尚未有高效结合有关人机交互方面的应用。
[0003]脑机接口BCI是一种在人或动物脑与计算机或其他电子设备之间建立的不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的一种全新通讯和控制技术。“脑机接口”的定义＝“脑”+“机”+“接口”，即在人或动物脑与外部设备间创建用于信息交换的连接通路。BCI作为当前神经工程领域中最活跃的研究方向之一，在生物医学、神经康复和智能机器人等领域具有重要的研究意义和巨大的应用潜力。近十年来，BCI技术得到了长足的进步和飞速的发展，应用领域也在逐渐扩大。经典的BCI系统主要依赖运动想象、事件相关电位和稳态视觉诱发电位三种范式产生脑电信号EEG。其中，运动想象脑电是一种内源性自发脑电，其优点在于不需要外界刺激就可以自发的在脑电信号中产生特定的模态。/>[0004]随着技术融合和军事等需求，将BCI与水下航行器结合，将成为水下航行器在无人智能平台上的一大重要技术突破点，从而推动智能水下航行器的发展。尤其对于水下战场，BCI与智能水下航行器的发展和体系化应用或将成为未来水下攻防体系发展的重要力量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种基于运动想象的脑控水下航行器系统及其控制方法，利用大脑意念想象肢体动作，并通过后续脑电采集、分析、控制与传感系统、能源动力系统等来实现水下航行器的实际脑控操作。
[0006]一方面为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于运动想象的脑控水下航行器系统，包括脑电采集子系统、脑电分析子系统、控制决策子系统、脑控水下航行器和传感子系统；
[0007]所述脑电采集子系统，用于采集和传输脑电信号至所述脑电分析子系统；
[0008]所述脑电分析子系统，用于对所述脑电信号进行预处理、特征提取、模式分类，并发出脑控指令至所述控制决策子系统；
[0009]所述传感子系统，用于感知所述传感子系统的信息，并反馈至所述控制决策子系统；
[0010]所述控制决策子系统，用于根据所述传感子系统的信息判断所述脑控指令，并将
所述脑控指令转换为运动控制信号发送至所述脑控水下航行器。
[0011]可选的，所述脑电采集子系统包括脑电波采集模块和通讯模块，所述脑电波采集模块通过所述通讯模块与脑电分析子系统连接；
[0012]所述脑电波采集模块，用于采集所述脑电信号；
[0013]所述通讯模块，用于将所述脑电信号传输至所述脑电分析子系统。
[0014]可选的，所述传感子系统包括视觉传感模块、障碍传感模块和航行器状态传感模块；
[0015]所述视觉传感模块，用于获取所述脑控水下航行器周围的水下整体环境信息，并传输至所述控制决策子系统；
[0016]所述障碍传感模块，用于感知所述脑控水下航行器周围的障碍物信息，并传输至所述控制决策子系统；
[0017]所述航行器状态传感模块，用于获取所述脑控水下航行器的实时状态，并传输至所述控制决策子系统。
[0018]可选的，所述脑控水下航行器包括能源动力子系统和船体；
[0019]所述能源动力子系统，用于对所述脑控水下航行器提供电能，结合所述运动控制信号，获取驱动转矩信号并传输给所述船体。
[0020]可选的，所述船体的壳体采用鱼雷型设计，头尾选用不同的过渡形式，头部采用半圆形设计，尾部采用流线型过渡设计。
[0021]另一方面为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于运动想象的脑控水下航行器的控制方法，具体包括以下步骤：
[0022]对所述脑控水下航行器系统进行检测，并进行数据初始化，获取正常工作的脑控水下航行器系统；
[0023]基于所述正常工作的脑控水下航行器系统，利用所述传感子系统进行动态扫描获取所述传感子系统的信息，并利用所述脑电采集子系统获取所述脑电信号；
[0024]将所述脑电信号进行处理，输出脑控指令；
[0025]基于所述脑控指令和所述传感子系统的信息进行控制命令决策，判断所述脑电信号的数据，获取运动指令；
[0026]基于所述运动指令，对所述脑控水下航行器进行供能，实现所述水下航行器受控运动。
[0027]可选的，对所述脑控水下航行器系统进行检测，并进行数据初始化，获取正常工作的脑控水下航行器系统还包括：若所述脑控水下航行器系统无法正常工作，则重新对所述脑控水下航行器系统进行数据初始化。
[0028]可选的，所述传感子系统的信息包括水下环境信息、水下障碍物信息和所述脑控水下航行器的状态信息。
[0029]可选的，将所述脑电信号进行处理，输出所述脑控指令包括：
[0030]基于带通滤波器对所述脑电信号进行预处理，获取预处理信号；
[0031]将预处理信号通过共空间模式进行特征提取，获取特征向量；
[0032]基于支持向量机对所述特征向量进行分类，输出所述脑控指令。
[0033]可选的，基于所述脑控指令和所述传感子系统的信息进行控制命令决策，判断所
述脑电信号的数据，获取所述运动指令包括：
[0034]基于所述传感子系统的信息，判断所述脑控指令；
[0035]若所述脑控指令不影响脑控水下航行器的安全性时，控制中心通过脑控接口对所述脑控水下航行器发送所述脑控指令，获取所述运动指令；
[0036]若所述脑控指令导致所述脑控水下航行器发生碰撞时，所述控制中心通过避障接口对所述脑控水下航行器发送控制命令，获取所述运动指令。
[0037]本专利技术具有以下有益效果：
[0038]本专利技术利用大脑意念想象肢体动作，并通过后续脑电采集、分析、控制决策与传感子系统实现了脑控水下航行器的脑控操作；同时，本专利技术将水下环境信息、水下障碍物信息和脑控水下航行器状态信息输入至控制决策子系统进行决策，保证水下航行器的安全行驶；控制决策子系统通过一定的避障算法实现了脑控水下航行器的自动避障；船体的耐压壳体及框架材料采用高强度的铝合金，可以在相等重量体积百分比的条件下获得更深的工作深度及更大的负载能力，船体采用头部半圆型及尾部流线型的过渡型设计，并对内部进行肋骨加强，实现了行动阻力的减小及内部空间的节省。
附图说明
[0039]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于运动想象的脑控水下航行器系统，其特征在于，包括脑电采集子系统、脑电分析子系统、控制决策子系统、脑控水下航行器和传感子系统；所述脑电采集子系统，用于采集和传输脑电信号至所述脑电分析子系统；所述脑电分析子系统，用于对所述脑电信号进行预处理、特征提取、模式分类，并发出脑控指令至所述控制决策子系统；所述传感子系统，用于感知所述传感子系统的信息，并反馈至所述控制决策子系统；所述控制决策子系统，用于根据所述传感子系统的信息判断所述脑控指令，并将所述脑控指令转换为运动控制信号发送至所述脑控水下航行器。2.如权利要求1所述的基于运动想象的脑控水下航行器系统，其特征在于，所述脑电采集子系统包括脑电波采集模块和通讯模块，所述脑电波采集模块通过所述通讯模块与脑电分析子系统连接；所述脑电波采集模块，用于采集所述脑电信号；所述通讯模块，用于将所述脑电信号传输至所述脑电分析子系统。3.如权利要求1所述的基于运动想象的脑控水下航行器系统，其特征在于，所述传感子系统包括视觉传感模块、障碍传感模块和航行器状态传感模块；所述视觉传感模块，用于获取所述脑控水下航行器周围的水下整体环境信息，并传输至所述控制决策子系统；所述障碍传感模块，用于感知所述脑控水下航行器周围的障碍物信息，并传输至所述控制决策子系统；所述航行器状态传感模块，用于获取所述脑控水下航行器的实时状态，并传输至所述控制决策子系统。4.如权利要求1所述的基于运动想象的脑控水下航行器系统，其特征在于，所述脑控水下航行器包括能源动力子系统和船体；所述能源动力子系统，用于对所述脑控水下航行器提供电能，结合所述运动控制信号，获取驱动转矩信号并传输给所述船体。5.如权利要求4所述的基于运动想象的脑控水下航行器系统，其特征在于，所述船体的壳体采用鱼雷型设计，头尾选用不同的过渡形式，头部采用半圆形设计，尾部采用流线型过渡设计。6.一种权利要求1
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5任一项所述的一种基于运动想象的脑控水下航行器系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿岐，付沛荣，孙珂欣，尹金辉，李承骐，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：