[发明专利]基于自发式脑机接口的机器人绘画系统及方法

权利要求书

1.一种基于自发式脑机接口的机器人绘画系统，其特征在于，其包括脑电信号采集模块、信号无线传输模块、脑电信号处理模块、控制指令生成模块、指令无线传输模块、绘画机器人以及使用者；其中，脑电信号采集模块用于采集使用者的实时脑电信号，信号无线传输模块将采集得到的脑电信号传输至上位机以作进一步处理，上位机包括脑电信号处理模块和控制指令生成模块，脑电信号处理模块用于对脑电信号进行平滑滤波，控制指令生成模块将处理之后的脑电信号幅值转化为绘画机器人各支画笔的径向位置控制指令，指令无线传输模块将最终的位置控制指令传输至绘画机器人，绘画机器人将得到的控制指令转化为画笔的轨迹最终呈现在画板上；

所述脑电信号采集模块采用头戴式脑电信号采集仪器；

所述信号无线传输模块通过蓝牙无线通讯协议进行脑电信号传输；

所述脑电信号处理模块通过Matlab编程实现，利用Matlab信号处理工具箱对脑电信号进行平滑滤波，避免画笔在运动过程中出现剧烈抖动，最大化地保证输出图形的美观性。

2.如权利要求1所述的基于自发式脑机接口的机器人绘画系统，其特征在于，所述控制指令生成模块采用C++编程实现，通过一个线性函数变换将平滑滤波后的脑电信号幅值转化为绘画机器人各支画笔的径向位置，基于此生成绘画机器人三根画笔的径向运动位置控制指令。

3.如权利要求1所述的基于自发式脑机接口的机器人绘画系统，其特征在于，所述指令无线传输模块通过蓝牙通讯协议将最终的运动控制位置指令传输至绘画机器人以控制其画笔的径向运动，完成最终绘画任务。

4.如权利要求1所述的基于自发式脑机接口的机器人绘画系统，其特征在于，所述绘画机器人具有四个运动自由度，其中一个自由度用于驱动绘画机器人绕中心轴线作旋转运动，另外三个自由度用于驱动绘画机器人的三支画笔同时作径向直线运动。

5.一种基于自发式脑机接口的机器人绘画方法，其特征在于，包括如下步骤：脑电信号采集模块通过头戴式脑电信号采集仪器记录下使用者的实时脑电信号，信号无线传输模块将采集的脑电信号通过蓝牙无线通信协议发送至上位机，在上位机内脑电信号处理模块对脑电信号作平滑滤波处理，紧接着控制指令生成模块将滤波后的脑电信号映射成各支画笔的径向运动位置控制指令，指令无线传输模块将生成的运动控制指令通过蓝牙无线通信协议发送至绘画机器人，然后绘画机器人根据运动控制指令驱动各支画笔完成相应的动作，使用者通过视觉反馈可以观察到整个绘画过程。

6.如权利要求5所述的基于自发式脑机接口的机器人绘画方法，其特征在于，所述使用者根据自身实际情况及兴趣从诸多信号采集通道中选择三个完成绘制。

7.如权利要求5所述的基于自发式脑机接口的机器人绘画方法，其特征在于，所述使用者通过想象肢体运动，做算数运算等自主大脑活动来调节其自身的大脑节律与波形，从而改变绘画机器人画笔的输出轨迹，以此实现人机交互。