專利名稱：基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)及其腦電信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能輪椅。特別是涉及一種能夠幫助肢體殘疾人士、老齡化人群，以及重癥癱瘓但腦部有思維的人自由行動(dòng)，可以與外界進(jìn)行信息交流和控制，以提高他們的生活質(zhì)量的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)及其腦電信號(hào)處理方法。

背景技術(shù)：
腦-機(jī)接口(Brain-Computer Interface-BCI)是在人腦和計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備之間建立的一種直接的信息交流和控制通道，是一種不依賴于常規(guī)大腦輸出通路(外周神經(jīng)和肌肉組織)的全新的信息交流系統(tǒng)。
因此，腦-機(jī)接口是智能輪椅研究中的重要課題，涉及面廣，包含問(wèn)題較多。對(duì)BCI的研究最早開(kāi)始于上世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)防總部看到了戰(zhàn)斗飛行員如果能用思維直接控制飛機(jī)將有極大的應(yīng)用前景，因此對(duì)BCI展開(kāi)研究。由于當(dāng)時(shí)特定的技術(shù)限制，成功可能性很小，計(jì)劃被取消了。但是當(dāng)初所作的一些基礎(chǔ)工作卻為今天這一領(lǐng)域的快速發(fā)展打下了基礎(chǔ)。當(dāng)今研究BCI的主要目的是為了幫助遭受腦癱(cerebral palsy)，或脊柱損傷失去外周神經(jīng)控制但思維能力尚存的病人，使他們重新實(shí)現(xiàn)對(duì)外界的交流和控制。在過(guò)去的幾十年里，這項(xiàng)研究已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。
一個(gè)基本的BCI系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制如圖1所示。信號(hào)通過(guò)電阻從頭皮或顱內(nèi)獲得，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理提取反映使用者意圖的信號(hào)特征，這些特征再被轉(zhuǎn)化為控制設(shè)備的命令(如一個(gè)字處理程序，操縱輪椅或神經(jīng)損傷彌補(bǔ))，只有使用者協(xié)調(diào)好信號(hào)特征與其意圖之間的關(guān)系，同時(shí)BCI選擇、特征提取并有效準(zhǔn)確地將之轉(zhuǎn)為設(shè)備控制命令，系統(tǒng)才能有效操作。
智能輪椅是將智能機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)輪椅，融合多種領(lǐng)域的研究，包括機(jī)器人導(dǎo)航和定位、模式識(shí)別、多傳感器融合及人-機(jī)接口等，涉及機(jī)械、控制、傳感器、人工智能、通訊等技術(shù)，也稱智能輪椅式移動(dòng)機(jī)器人。自1986年英國(guó)開(kāi)始研制第一輛智能輪椅以來(lái)，許多國(guó)家投入較多資金研究智能輪椅。如美國(guó)麻省理工學(xué)院WHEELESLEY項(xiàng)目、法國(guó)VAHM項(xiàng)目、德國(guó)烏爾姆大學(xué)MAID(老年人及殘疾人助動(dòng)器)項(xiàng)目、Bremen AutonomousWheelchair項(xiàng)目、西班牙SIAMO項(xiàng)目、加拿大AAI公司TAO項(xiàng)目、歐盟TIDE項(xiàng)目、KISS學(xué)院TINMAN項(xiàng)目、臺(tái)灣中正大學(xué)電機(jī)系LUOSON項(xiàng)目、我國(guó)863智能機(jī)器人智能輪椅項(xiàng)目及第三軍醫(yī)大學(xué)外科研究所項(xiàng)目等。由于各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)及研究方法不盡相同，每種輪椅解決的問(wèn)題及達(dá)到的能力不同。聯(lián)合國(guó)發(fā)表報(bào)告指出，全世界人口老齡化進(jìn)程正在加快，今后50年內(nèi)，60歲以上的人口比例預(yù)計(jì)將會(huì)翻一番，由于各種災(zāi)難和疾病造成的殘障人士也逐年增加，他們存在不同程度的能力喪失，如行走、視力、動(dòng)手及語(yǔ)言等。為了給老年人和殘障人士提供性能優(yōu)越的代步工具，幫助他們提高行動(dòng)自由度及重新融入社會(huì)，目前美國(guó)、德國(guó)、日本、法國(guó)、加拿大、西班牙及中國(guó)等國(guó)家對(duì)智能輪椅進(jìn)行了研究，使智能輪椅具有記憶地圖、避障、自動(dòng)行走、與用戶交互等功能。
腦-機(jī)接口是在人腦和計(jì)算機(jī)或其它電子設(shè)備之間建立一種直接的信息交流系統(tǒng)。通常90％腦神經(jīng)功能正常的人在短時(shí)間閉眼后腦電(Electroencephalography，EEG)中alpha(α)波幅均可明顯增強(qiáng)，同時(shí)，由于EEG記錄了大腦不同部位神經(jīng)細(xì)胞群的電活動(dòng)，理論上人的思維意識(shí)活動(dòng)也應(yīng)該在腦電中反映出來(lái)，所以，EEG成為BCI中代替神經(jīng)和肌肉系統(tǒng)攜帶信息的首選工具。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠幫助肢體殘疾人士、老齡化人群，以及重癥癱瘓但腦部有思維的人自由行動(dòng)，可以與外界進(jìn)行信息交流和控制，以提高他們的生活質(zhì)量的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)及其腦電信號(hào)處理方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)及其腦電信號(hào)處理方法。其中，基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)，包括有依次相連的采集受試者腦電信號(hào)的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路、信號(hào)采集卡A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理裝置、信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換、接口電路、循環(huán)燈控制面板以及輪椅，其中，循環(huán)燈控制面板還與受試者相連接收受試者發(fā)出的反饋信號(hào)。
所述的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路是通過(guò)設(shè)置在受試者枕部或耳部?jī)蓪?dǎo)聯(lián)處的兩個(gè)腦電檢測(cè)電極來(lái)采集受試者腦電信號(hào)。
所述的信號(hào)處理裝置采用計(jì)算機(jī)。
所述的接口電路包括有脈沖發(fā)生器，與脈沖發(fā)生器相連的四位雙向移位寄存器，與四位雙向移位寄存器的四個(gè)與門(mén)單元輸出端相連的四輸入與非門(mén)，與四輸入與非門(mén)相連的接口觸點(diǎn)，所述的四個(gè)與門(mén)單元輸入端還連接信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換的輸出端，所述的接口觸點(diǎn)連接循環(huán)燈控制面板上的表示前、右、左、后的四個(gè)循環(huán)顯示燈前、右、左、后。
用于要求1所述的智能輪椅的腦電信號(hào)處理方法，包括有如下步驟 (1)由信號(hào)采集卡差動(dòng)輸入腦電信號(hào)； (2)對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行濾波； (3)對(duì)濾波后的腦電信號(hào)進(jìn)行RMS平滑算法； (4)分兩路一路經(jīng)400～500ms的平均，進(jìn)入主控制通道，并判斷是否超過(guò)門(mén)限電壓，若沒(méi)超過(guò)繼續(xù)進(jìn)行400～500ms的平均算法，超過(guò)則進(jìn)入下一步；另一路經(jīng)50ms的平均算法，進(jìn)入輔助控制通道后進(jìn)入下一步； (5)判斷信號(hào)是否是α波控制信號(hào)，是則輸出，否則繼續(xù)分兩路進(jìn)行兩路的平均。
所述的對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行濾波，是經(jīng)8～13Hz的帶通濾波保留α波的主成分。
所述的進(jìn)行RMS平滑算法是進(jìn)行10ms的RMS平滑算法。
本發(fā)明的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)及其腦電信號(hào)處理方法，是利用腦電中對(duì)應(yīng)于視覺(jué)皮層的alpha(a)波最具明顯節(jié)律性的特點(diǎn)和在絕大多數(shù)腦神經(jīng)功能正常人中普遍存在的a波阻斷現(xiàn)象(即短時(shí)間閉眼后a波幅可明顯增強(qiáng))，并結(jié)合電視遙控器的控制原理，設(shè)計(jì)了一套基于腦電a波的腦-機(jī)接口智能輪椅操縱系統(tǒng)。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，只需在受試者枕部和耳部?jī)蓪?dǎo)聯(lián)處放置兩個(gè)腦電檢測(cè)電極，不必強(qiáng)行引入視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)刺激信號(hào)(以免對(duì)患者的心理傷害)，幾乎無(wú)需學(xué)習(xí)和生物反饋訓(xùn)練或僅需很短時(shí)間訓(xùn)練就可以穩(wěn)定而可靠地控制智能輪椅的行進(jìn)。幫助肢體殘疾人士、老齡化人群，以及重癥癱瘓但腦部有思維的人自由行動(dòng)，以提高他們的生活質(zhì)量，并獲得可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。



圖1是基本的BCI系統(tǒng)控制示意圖； 圖2是腦電采集位置示意圖； 圖3是本發(fā)明的整體框圖； 圖4是前置放大器信號(hào)預(yù)處理的電路框圖； 圖5是接口電路框圖； 圖6是接口電路原理； 圖7是本發(fā)明的腦信號(hào)處理方法的流程圖。
其中 5前置放大信號(hào)預(yù)處理電路6信號(hào)采集卡A/D轉(zhuǎn)換 7信號(hào)處理裝置 8信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換 9接口電路 10循環(huán)燈控制面板 11受試者 12輪椅 91脈沖發(fā)生器 92四位雙向移位寄存器 93電源 94四輸入與非門(mén) 95接口觸點(diǎn)
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)及其腦電信號(hào)處理方法做出詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明利用腦電中對(duì)應(yīng)于視覺(jué)皮層的alpha(a)波最具明顯節(jié)律性的特點(diǎn)和在絕大多數(shù)腦神經(jīng)功能正常人中普遍存在的a波阻斷現(xiàn)象(即短時(shí)間閉眼后a波幅可明顯增強(qiáng))，并結(jié)合電視遙控器的控制原理，設(shè)計(jì)了一套基于腦電a波的腦-機(jī)接口智能輪椅控制系統(tǒng)。本發(fā)明的腦電信號(hào)采集時(shí)只需通過(guò)銀-氯化銀電極，并采用單極導(dǎo)聯(lián)方式，以雙耳的公共連接端作為參考，同時(shí)也作為接地端輸入放大器。所述的腦電采集位置如圖2所示。
如圖3所示，本發(fā)明的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)，包括有依次相連的采集受試者11腦電信號(hào)的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路5、信號(hào)采集卡A/D轉(zhuǎn)換6、信號(hào)處理裝置7、信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換8、接口電路9、循環(huán)燈控制面板10以及輪椅12，其中，循環(huán)燈控制面板10還與受試者11相連接收受試者11發(fā)出的反饋信號(hào)。所述的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路5是通過(guò)設(shè)置在受試者11枕部或耳部?jī)蓪?dǎo)聯(lián)處的兩個(gè)腦電檢測(cè)電極來(lái)采集受試者11腦電信號(hào)。所述的信號(hào)處理裝置7采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行腦電信號(hào)的處理。
首先，受試者由循環(huán)燈控制面板10提示產(chǎn)生含控制意圖的EEG信號(hào)；該信號(hào)經(jīng)前置放大、濾波等預(yù)處理和采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)；然后在計(jì)算機(jī)的Labview平臺(tái)上完成二次濾波去噪、RMS(root-mean-square)平滑-平均、與門(mén)限電壓比較、產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)等一系列信號(hào)處理工作；最后將此控制信號(hào)連接到輪椅的機(jī)電接口電路控制輪椅的運(yùn)動(dòng)。
如圖4所示，所述的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路5，包括有依次相連的前級(jí)放大51、50HZ濾波52、40HZ低通濾波53、以及后級(jí)放大54。
腦電(EEG)信號(hào)幅值較低(約5～300μV)，要求前置放大器具有高增益、高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移特性。EEG信號(hào)具有不穩(wěn)定和非線性的特點(diǎn)，所以，采用了帶寬為0～30Hz的八通道前置放大器，包括前級(jí)放大、濾波和后級(jí)放大三部分，以保證腦電信號(hào)不失真。
信號(hào)采集卡A/D轉(zhuǎn)換6是選用美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司產(chǎn)6024E數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行EEG信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換。它有16通道模擬輸入端口、2個(gè)模擬輸出端口、8個(gè)數(shù)字I/O端口(可編程控制輸入/輸出)和68引腳的連接器。各通道增益可分別設(shè)定為0.5、1.0、10、或100，其輸入范圍可隨增益而改變。信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換8也是在上述采集卡上完成的。
如圖5所示，所述的接口電路9包括有脈沖發(fā)生器91，與脈沖發(fā)生器91相連的四位雙向移位寄存器92，與四位雙向移位寄存器92的四個(gè)與門(mén)單元輸出端相連的四輸入與非門(mén)94，與四輸入與非門(mén)94相連的接口觸點(diǎn)95，所述的四個(gè)與門(mén)單元輸入端還連接信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換8的輸出端，所述的接口觸點(diǎn)95連接循環(huán)燈控制面板10上的表示前、右、左、后的四個(gè)循環(huán)顯示燈a、b、c、d。
控制面板由四個(gè)循環(huán)閃爍的小燈構(gòu)成兩紅燈置于上、下，兩綠燈位于左、右，呈菱形排列，分別和輪椅控制的前a、后d、左c、右b運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)應(yīng)。四個(gè)指示燈以順時(shí)針的方向循環(huán)閃爍并且持續(xù)一段時(shí)間，整個(gè)電路由時(shí)鐘發(fā)生器和移位寄存器實(shí)現(xiàn)。
將信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換8輸出的腦電信號(hào)通過(guò)接口電路9和循環(huán)燈控制面板10得出需要的控制信號(hào)前a或后d或左c或右b，然后連接到輪椅操作控制箱中，當(dāng)選中某個(gè)方向控制信號(hào)輸出時(shí)，控制接口接通輪椅，完成相應(yīng)的操作。
在接口電路9中，采用555定時(shí)器作脈沖發(fā)生器91；四位雙向移位寄存器92的型號(hào)為74LS194；四輸入與非門(mén)94的型號(hào)是74LS00。
所述的接口電路9的具體電路原理圖如圖6所示。經(jīng)一系列信號(hào)處理過(guò)程后，計(jì)算機(jī)輸出的是脈沖電壓信號(hào)，幅值可以根據(jù)需要通過(guò)計(jì)算機(jī)程序設(shè)定，為了滿足后續(xù)電路設(shè)計(jì)的需要，在本發(fā)明中設(shè)定的值為+5V。根據(jù)脈沖信號(hào)的特性，設(shè)計(jì)了四個(gè)選項(xiàng)的觸發(fā)性控制系統(tǒng)，控制面板上的四個(gè)循環(huán)小燈模擬了輪椅的前、后、左、右四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。555產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，輸入四位雙向移位寄存器，移位產(chǎn)生的脈沖與D/A轉(zhuǎn)換后的腦電信號(hào)在與門(mén)單元相與，接入四輸入與非門(mén)，使得四個(gè)指示燈以順時(shí)針的方向循環(huán)閃爍并持續(xù)一段時(shí)間。
本實(shí)施例的輪椅是對(duì)天津市夏博科技有限公司生產(chǎn)的電動(dòng)輪椅進(jìn)行改裝的，其采用前被動(dòng)輪加后(左右兩個(gè))驅(qū)動(dòng)輪的形式，由操縱桿向前、后、左、右四個(gè)方向的推動(dòng)來(lái)控制輪椅的運(yùn)動(dòng)。輪椅操縱桿六條輸出線(紅線為5V供電，黑線為地線，藍(lán)、綠、黃、橙線電壓分別為1.7V到3.3V)輸出的是六個(gè)0到5V的電壓信號(hào)，通過(guò)它們之間不同組合出現(xiàn)的電壓差對(duì)輪椅兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的前后運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)輪椅四個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。
經(jīng)信號(hào)采集卡A/D轉(zhuǎn)換后的EEG信號(hào)在計(jì)算機(jī)的軟件Labview平臺(tái)上完成對(duì)腦電信號(hào)的后續(xù)處理。
如圖7所示，本發(fā)明的用于基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)的腦電信號(hào)處理方法，包括有如下步驟 (1)由信號(hào)采集卡差動(dòng)輸入腦電信號(hào)； (2)對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行濾波；所述的對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行濾波，是經(jīng)8～13Hz的帶通濾波保留α波的主成分。
(3)對(duì)濾波后的腦電信號(hào)再經(jīng)10ms的RMS平滑算法后信號(hào)分為兩路；所述的RMS是指均方根，英文縮寫(xiě)為root mean square，也就是有效值，就是一組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的平方的平均值的平方根。統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算公式 (4)分兩路一路經(jīng)400～500ms的平均，進(jìn)入主控制通道，并判斷是否超過(guò)門(mén)限電壓，若沒(méi)超過(guò)繼續(xù)進(jìn)行400～500ms的平均算法，超過(guò)則進(jìn)入主控制通道，并進(jìn)入下一步；另一路經(jīng)50ms的平均算法，進(jìn)入輔助控制通道后進(jìn)入下一步； (5)判斷主通道信號(hào)是否是α波控制信號(hào)，是則輸出該信號(hào)給輪椅上的接口電路用以控制輪椅運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生一個(gè)提示音給受試者，否則繼續(xù)分兩路進(jìn)行兩路的平均。
對(duì)8名受試者進(jìn)行了兩種實(shí)驗(yàn)①方向控制測(cè)試-安靜環(huán)境下，受試者由面板循環(huán)燈指示狀態(tài)利用α波阻斷現(xiàn)象產(chǎn)生控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)輪椅行駛方向(如前進(jìn)、后退、左拐、右拐等)的控制；②輪椅行進(jìn)測(cè)試-受試者由面板指示狀態(tài)利用α波阻斷現(xiàn)象產(chǎn)生控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)輪椅按預(yù)定路線行駛。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)①中閉眼后沒(méi)有觸發(fā)開(kāi)關(guān)，記為錯(cuò)誤I；聽(tīng)到提示音睜眼后又觸發(fā)了一次方向，記為錯(cuò)誤II；沒(méi)有閉眼的時(shí)候就觸發(fā)了輪椅，記為錯(cuò)誤III；實(shí)際觸發(fā)的時(shí)間超過(guò)了循環(huán)燈閃爍時(shí)間導(dǎo)致下一個(gè)選項(xiàng)被選中，記為錯(cuò)誤IV。實(shí)驗(yàn)②中 第i類(lèi)錯(cuò)誤是由信號(hào)采集時(shí)偽負(fù)電位(受試者安靜閉目產(chǎn)生控制信號(hào)時(shí)，卻不能正常觸發(fā)系統(tǒng))造成的；第ii類(lèi)錯(cuò)誤是偽正電位(受試者沒(méi)有安靜閉目產(chǎn)生控制信號(hào)時(shí)，由于其它干擾而引起超過(guò)閾值電位有輸入正電壓觸發(fā)整個(gè)系統(tǒng))的表現(xiàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)①和②的成功率和錯(cuò)誤率做了統(tǒng)計(jì)，從中發(fā)現(xiàn)8位受試者都有著較高的成功率，但他們之間仍存在差別，其中前2位受試者成功率高于后6位受試者的成功率。這是因?yàn)榍罢呓?jīng)過(guò)了多次的訓(xùn)練，而后者訓(xùn)練的次數(shù)與時(shí)間均要少于前者，由此也證明了一定手段的訓(xùn)練能夠幫助受試者增強(qiáng)其睜、閉眼時(shí)α波的幅度差異和縮短觸發(fā)開(kāi)關(guān)選擇操作時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在要求受試者閉眼后集中精力想象某一按鍵操作時(shí)可以加快觸發(fā)選擇操作，這可以幫助提高整個(gè)實(shí)驗(yàn)的效率。
表1 BCI輪椅遙控操作實(shí)驗(yàn)成功率和錯(cuò)誤率統(tǒng)計(jì)

權(quán)利要求
1.一種基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，包括有依次相連的采集受試者(11)腦電信號(hào)的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路(5)、信號(hào)采集卡A/D轉(zhuǎn)換(6)、信號(hào)處理裝置(7)、信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換(8)、接口電路(9)、循環(huán)燈控制面板(10)以及輪椅(12)，其中，循環(huán)燈控制面板(10)還與受試者(11)相連接收受試者(11)發(fā)出的反饋信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路(5)是通過(guò)設(shè)置在受試者(11)枕部或耳部?jī)蓪?dǎo)聯(lián)處的兩個(gè)腦電檢測(cè)電極來(lái)采集受試者(11)腦電信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)處理裝置(7)采用計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的接口電路(9)包括有脈沖發(fā)生器(91)，與脈沖發(fā)生器(91)相連的四位雙向移位寄存器(92)，與四位雙向移位寄存器(92)的四個(gè)與門(mén)單元輸出端相連的四輸入與非門(mén)(94)，與四輸入與非門(mén)(94)相連的接口觸點(diǎn)(95)，所述的四個(gè)與門(mén)單元輸入端還連接信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換(8)的輸出端，所述的接口觸點(diǎn)(95)連接循環(huán)燈控制面板(10)上的表示前、右、左、后的四個(gè)循環(huán)顯示燈前(a)、右(b)、左(c)、后(d)。
5.一種用于要求1所述的智能輪椅的腦電信號(hào)處理方法，其特征在于，包括有如下步驟
(1)由信號(hào)采集卡差動(dòng)輸入腦電信號(hào)；
(2)對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行濾波；
(3)對(duì)濾波后的腦電信號(hào)進(jìn)行RMS平滑算法；
(4)分兩路一路經(jīng)400～500ms的平均，進(jìn)入主控制通道，并判斷是否超過(guò)門(mén)限電壓，若沒(méi)超過(guò)繼續(xù)進(jìn)行400～500ms的平均算法，超過(guò)則進(jìn)入下一步；另一路經(jīng)50ms的平均算法，進(jìn)入輔助控制通道后進(jìn)入下一步；
(5)判斷信號(hào)是否是α波控制信號(hào)，是則輸出，否則繼續(xù)分兩路進(jìn)行兩路的平均。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于要求1所述的智能輪椅的腦電信號(hào)處理方法，其特征在于，所述的對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行濾波，是經(jīng)8～13Hz的帶通濾波保留α波的主成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于要求1所述的智能輪椅的腦電信號(hào)處理方法，其特征在于，所述的進(jìn)行RMS平滑算法是進(jìn)行10ms的RMS平滑算法。
全文摘要
基于腦-機(jī)接口的智能輪椅控制系統(tǒng)及其腦電信號(hào)處理方法。系統(tǒng)有依次相連的采集受試者腦電信號(hào)的前置放大信號(hào)預(yù)處理電路、信號(hào)采集卡A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理裝置、信號(hào)采集卡D/A轉(zhuǎn)換、接口電路、循環(huán)燈控制面板以及輪椅，循環(huán)燈控制面板還與受試者相連接收受試者發(fā)出的反饋信號(hào)。方法有由信號(hào)采集卡差動(dòng)輸入腦電信號(hào)；對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行濾波；對(duì)濾波后的腦電信號(hào)進(jìn)行RMS平滑算法；分兩路一路經(jīng)400～500ms的平均，進(jìn)入主控制通道，另一路經(jīng)50ms的平均算法，進(jìn)入輔助控制通道；信號(hào)是α波信號(hào)時(shí)輸出。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，只需在受試者枕部和耳部?jī)蓪?dǎo)聯(lián)處放置兩個(gè)腦電檢測(cè)電極，就可幫助肢體殘疾人士、老齡化人群，以及重癥癱瘓但腦部有思維的人自由行動(dòng)，以提高他們的生活質(zhì)量。
文檔編號(hào)G05B19/02GK101301244SQ200810053558
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者東 明, 瑋 宋, 朱譽(yù)環(huán), 萬(wàn)柏坤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)