【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)主要涉及腦控輪椅的，具體為一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅。
技術(shù)介紹
1、腦控技術(shù)，也被稱(chēng)為腦機(jī)接口技術(shù)，是一種通過(guò)采集、處理和分析人腦產(chǎn)生的信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人腦與外部設(shè)備之間信息交換和控制的技術(shù)。腦控技術(shù)通過(guò)采集用戶的腦信號(hào)(如腦電波)，并將其輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，挖掘出反映人腦意圖的信息。這些信息隨后被轉(zhuǎn)換成控制指令，用于實(shí)時(shí)控制外部設(shè)備。外部設(shè)備的控制效果又反饋給用戶，用戶可依據(jù)這個(gè)反饋來(lái)調(diào)整腦控制策略，進(jìn)一步提高控制效率。在這個(gè)過(guò)程中，人腦起著“指揮官”的作用，發(fā)出的“命令”隱含在腦信號(hào)中，由計(jì)算機(jī)將其解讀出來(lái)。
2、基于目前社會(huì)中很多殘疾人與老年人的行動(dòng)不便，絕大數(shù)人都在使用輪椅進(jìn)行日常生活，普通輪椅的機(jī)械操作的諸多不便捷性，給他的生活與精神帶來(lái)的巨大的壓力，其中，行動(dòng)不便人群：大腦清醒、半癱瘓或全身癱瘓，無(wú)法動(dòng)彈、行走，更不能生活自理，容易卒死，必須有親人來(lái)照顧，給家庭和自己帶來(lái)了嚴(yán)重的生活負(fù)擔(dān)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于此，本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的技術(shù)問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅,包括bci模塊，控制模塊，以及設(shè)備終端，所述bci模塊包括腦電圖收集器，腦電信號(hào)采集單元，腦電信號(hào)傳輸單元；所述控制模塊包括上位機(jī)和類(lèi)腦芯片，腦電信號(hào)特征提取單元，腦電信號(hào)特征分類(lèi)單元；所述設(shè)備終端包括輪椅本體，第一輪椅外設(shè)
4、所述bci模塊用于對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行采集記錄和分析，并且將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸給所述控制模塊；
5、所述控制模塊用于對(duì)腦電信號(hào)的特征進(jìn)行提取與分類(lèi)，并將腦電信號(hào)與輪椅行動(dòng)指令進(jìn)行準(zhǔn)確匹配，對(duì)所述輪椅本體具體行動(dòng)進(jìn)行控制；
6、所述設(shè)備終端用于作為行動(dòng)不便使用者的代步移動(dòng)工具，并在代步行動(dòng)中，保障代步行動(dòng)行為的安全性。
7、優(yōu)選的，所述腦電信號(hào)采集單元用于采集坐在所述輪椅本體上的使用者腦部的任務(wù)腦電信號(hào)，并通過(guò)所述腦電信號(hào)傳輸單元實(shí)時(shí)傳送至所述類(lèi)腦芯片；
8、所述腦電信號(hào)采集單元采集處理的過(guò)程中，通過(guò)引入正則化項(xiàng)使用lasso回歸模型對(duì)腦電信號(hào)特征進(jìn)行選擇，減少冗余腦電信號(hào)特征特征。
9、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅，其特征在于，所述任務(wù)腦電信號(hào)主要通過(guò)使用者進(jìn)行腦內(nèi)活動(dòng)，通過(guò)大腦想象產(chǎn)生的任務(wù)腦電信號(hào)，所述任務(wù)腦電信號(hào)主要包括以下四種：
10、任務(wù)一：使用者腦中想象輪椅向前進(jìn)行移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)；
11、任務(wù)二：使用者腦中想象輪椅向左轉(zhuǎn)向移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)；
12、任務(wù)三：使用者腦中想象輪椅向右轉(zhuǎn)向移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)；
13、任務(wù)四：使用者腦中想象輪椅止停移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)。
14、優(yōu)選的，所述lasso回歸模型具體公式如下所示：
15、
16、其中,
17、n：是腦電信號(hào)特征的樣本數(shù)量；
18、p：是腦電信號(hào)特征數(shù)量；
19、yi：是腦電信號(hào)特征的第i個(gè)樣本的響應(yīng)變量；
20、xij：是腦電信號(hào)特征的第i個(gè)樣本的第j個(gè)特征值；
21、β0：是截距項(xiàng)；
22、βj：是腦電信號(hào)特征的第j個(gè)特征的系數(shù)；
23、λ是正則化參數(shù)，用于控制正則化的強(qiáng)度，λ越大，正則化效果越強(qiáng)，模型越簡(jiǎn)單；反之，λ越小，正則化效果越弱，模型越復(fù)雜；
24、|βj|：表示βj的絕對(duì)值，這是l1正則化的關(guān)鍵部分，它使得不重要的腦電信號(hào)特征系數(shù)趨向于0，從而實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)特征選擇。
25、優(yōu)選的，所述lasso回歸模型在擬合的過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算平均絕對(duì)誤差，來(lái)判模型擬合誤差，評(píng)估模型的擬合效果；
26、所述平均絕對(duì)誤差如下式所示：
27、
28、其中，
29、n：是腦電信號(hào)特征樣本數(shù)量，
30、yi：是腦電信號(hào)特征第i個(gè)樣本的真實(shí)值；
31、是腦電信號(hào)特征第i個(gè)樣本的預(yù)測(cè)值；
32、mae越小，表示模型預(yù)測(cè)越準(zhǔn)確，即預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的差異越小。
33、優(yōu)選的，所述腦電信號(hào)特征提取單元實(shí)時(shí)接收所述腦電信號(hào)傳輸單元發(fā)送的篩選記錄過(guò)的任務(wù)腦電信號(hào)，并通過(guò)所述腦電信號(hào)特征分類(lèi)單元對(duì)特征信號(hào)，即四種任務(wù)腦電信號(hào)，進(jìn)行分類(lèi)并將四種任務(wù)腦電信號(hào)與所述輪椅本體行動(dòng)指令進(jìn)行準(zhǔn)確匹配。
34、優(yōu)選的，所述任務(wù)腦電信號(hào)通過(guò)所述類(lèi)腦芯片進(jìn)行分類(lèi)匹配所述行動(dòng)指令具體如下所示：
35、一類(lèi)信號(hào)：使用者腦中想象輪椅向前進(jìn)行移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)匹配輪椅向前移動(dòng)；
36、二類(lèi)信號(hào)：使用者腦中想象輪椅向左轉(zhuǎn)向移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)匹配輪椅向左移動(dòng)一段距離；
37、三類(lèi)信號(hào)：使用者腦中想象輪椅向右轉(zhuǎn)向移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)匹配輪椅向右移動(dòng)一段距離；
38、四類(lèi)信號(hào)：使用者腦中想象輪椅止停移動(dòng)的畫(huà)面產(chǎn)生的腦電信號(hào)匹配輪椅停止運(yùn)動(dòng)。
39、優(yōu)選的，所述第一輪椅外設(shè)為視覺(jué)傳感器，所述第二輪椅外設(shè)為激光雷達(dá)；所述第一輪椅外設(shè)與所述第二輪椅外設(shè)與所述上位機(jī)電信號(hào)連接；
40、所述第一輪椅外設(shè)與所述第二輪椅外設(shè)共同制定生成輪椅停止運(yùn)動(dòng)信號(hào)；
41、當(dāng)視覺(jué)傳感器與激光雷達(dá)檢測(cè)前方無(wú)障礙物時(shí)，所述上位機(jī)正常執(zhí)行生成的一至四類(lèi)信號(hào)；
42、當(dāng)視覺(jué)傳感器與激光雷達(dá)檢測(cè)前方有障礙物時(shí)，所述上位機(jī)優(yōu)先執(zhí)行第一輪椅外設(shè)與第二輪椅外設(shè)共同制定生成輪椅停止運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
43、優(yōu)選的，所述輪椅本體一側(cè)設(shè)有調(diào)節(jié)組件，所述調(diào)節(jié)組件包括設(shè)于所述輪椅本體一側(cè)的支撐桿，設(shè)于所述支撐桿一側(cè)的限位塊，穿設(shè)于所述限位塊一端且滑動(dòng)連接的調(diào)節(jié)桿，嵌設(shè)于所述限位塊一側(cè)的調(diào)節(jié)螺釘，設(shè)于所述調(diào)節(jié)桿一端側(cè)壁且轉(zhuǎn)動(dòng)連接的安置橫板；
44、所述第一輪椅外設(shè)，以及第二輪椅外設(shè)設(shè)于所述安置橫板頂部。
45、優(yōu)選的，所述調(diào)節(jié)桿靠近設(shè)有所述安置橫板的一端頂部設(shè)有限位擋桿，所述調(diào)節(jié)桿一側(cè)且位于所述安置橫板底部設(shè)有限位撐桿。
46、綜上所述，本專(zhuān)利技術(shù)主要具有以下有益效果：
47、腦控輪椅允許使用者通過(guò)腦電信號(hào)直接控制輪椅的移動(dòng)，無(wú)需依賴(lài)傳統(tǒng)的操縱桿或其他輔助設(shè)備，極大地提高了使用者的行動(dòng)自由度和自主性；相比傳統(tǒng)輪椅，腦控輪椅減少了使用者的操作負(fù)擔(dān)，使用者只需通過(guò)簡(jiǎn)單的思維活動(dòng)即可控制輪椅，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的物理操作；
48、另外，具有避障功能，通過(guò)視覺(jué)傳感器與激光雷達(dá)識(shí)別障礙物，輪椅能夠自動(dòng)避開(kāi)障礙物，減少碰撞風(fēng)險(xiǎn)，
49、通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，數(shù)學(xué)模型的使用，使得腦控輪椅能夠不斷優(yōu)化其控制算法和識(shí)別精度，提升操作保障行動(dòng)安全性，
50、適用廣泛，腦控輪椅不僅適用于四肢本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅,包括BCI模塊(10)，控制模塊(20)，以及設(shè)備終端(30)，其特征在于,所述BCI模塊(10)包括腦電圖收集器(11)，腦電信號(hào)采集單元(12)，腦電信號(hào)傳輸單元(13)；所述控制模塊(20)包括上位機(jī)(IPC)和類(lèi)腦芯片(21)，腦電信號(hào)特征提取單元(22)，腦電信號(hào)特征分類(lèi)單元(23)；所述設(shè)備終端(30)包括輪椅本體(31)，第一輪椅外設(shè)(32)，以及第二輪椅外設(shè)(33)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅，其特征在于，所述腦電信號(hào)采集單元(12)用于采集坐在所述輪椅本體(31)上的使用者腦部的任務(wù)腦電信號(hào)，并通過(guò)所述腦電信號(hào)傳輸單元(13)實(shí)時(shí)傳送至所述類(lèi)腦芯片(21)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅，其特征在于，所述任務(wù)腦電信號(hào)主要通過(guò)使用者進(jìn)行腦內(nèi)活動(dòng)，通過(guò)大腦想象產(chǎn)生的任務(wù)腦電信號(hào)，所述任務(wù)腦電信號(hào)主要包括以下四種：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于腦電波控制的系統(tǒng)及其輪椅，其特征在于，所述Lasso回歸模型具體公式如下所示：
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