[实用新型]一种基于BCI的飞行器控制系统

说明书

本实用新型公开了一种基于BCI的飞行器控制系统，包括脑电采集装置、便携式脑电信号处理控制器和四旋翼飞行器。脑电采集装置包括开源脑电波设备、串口通信模块，当使用者发出某种命令时，相应脑电信号会被传送至便携式处理控制器。便携式脑电信号处理控制器包括Linux嵌入式处理器、无线通信模块，当Linux嵌入式处理器接收到脑电信号并识别出相应指令后，通过无线传输模块将命令发送给四旋翼飞行器。四旋翼飞行器设有飞行控制器、姿态传感器，飞行控制器通过无线端口接收相应命令并控制飞行器产生指定动作，并利用姿态传感器反馈姿态进行校正。本系统适用于航拍、救援、娱乐等应用场景，有助于简化四旋翼飞行器的飞行控制和减少意外坠机事故。

技术领域

本实用新型涉及脑电信号采集分析系统和四旋翼无人机控制系统的技术领域，特别涉及一种基于BCI的飞行器控制系统。

背景技术

脑机接口(Brain-computer Interface，以下简称BCI)，是近年来发展起来的一种人机接口，它是不依赖于大脑的正常输出通路(即外围神经和肌肉组织)，就可以实现人脑与外界(计算机或其它外部装置)直接通信的系统。BCI技术的出现，使得用大脑信号直接控制外界环境的想法成为可能。实现BCI，有三个必要条件：第一，必须有一种能够可靠反映大脑思维的信号；第二，这种信号能够被实时且快速的收集；第三，这种信号有明确的分类。目前可用于BCI的人脑信号有：EEG(脑电图)，MEG(脑磁图)和fMRI(功能性核磁共振图象)等。目前大多数BCI研究机构采用的大脑信号是EEG。人类的每一闪思维，每一种情绪，每一个想法，在大脑中都会产生特定的EEG信号，这种信号由千百万个神经元共同产生，并在大脑内传播。不同思维情况下产生的神经电活动信号表现出不同的时空变化模式，会导致EEG信号的不同，将检测到的EEG信号传送给计算机或相关装置，经过有效的信号处理与模式识别后，计算机就能识别出使用者的思维状态，并完成所希望的控制行为，比如移动光标、开门、打字和开机等。

目前，对小型四旋翼飞行器的开发属于自动控制领域的热门话题，四旋翼飞行器也已经广泛应用于航拍，搜救，娱乐等诸多领域。然而，四旋翼飞行器由于其结构较为复杂，飞行状态不固定以及对遥控器操纵的敏感反应，总体操控难度较大。其主要局限在于，对于飞行中的四旋翼飞行器，其飞行姿态是由遥控器中的油门、航向、俯仰、横滚四个通道输出共同控制的，任何一个输出的微小改变都会对飞行器的姿态造成很大变化，操作不当极易造成坠机。对于普通使用者而言，较快较好地掌握四旋翼飞行器的控制有很大的难度。而本实用新型能很好地解决上面的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于BCI的飞行器控制系统，该系统通过BCI实现对小型四旋翼飞行器进行基础飞行动作的实时控制，达到稳定控制起飞降落以及各种简单飞行动作，方便普通用户进行控制并体验乐趣。本实用新型适用于以四旋翼飞行器为载体的航拍、搜救娱乐等多种控制场景，有助于用户快速掌握飞行控制。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：基于BCI的飞行器控制系统，其包括脑电采集装置、便携式脑电信号处理控制平台和四旋翼飞行器。脑电采集装置包括脑电采集器和串口通信模块。便携式脑电信号处理控制器包括脑电处理器、嵌入式Linux处理器和无线通信模块。四旋翼飞行器包括飞行控制器和多种姿态传感器。当脑电采集器采集到相应脑电信号后，通过串口传输至脑电处理控制器，经分析处理后，相应控制信号通过无线模块向四旋翼飞行器飞行控制器发出控制指令，四旋翼飞行器做出相应的飞行动作，完成飞行控制全过程。

更进一步的，所述四旋翼飞行器接收四种飞行控制命令：起飞至预设高度/降落、左转预设角度、左转预设角度和前进预设距离。

更进一步的，所述便携式脑电信号处理器包括脑电信号分析比对算法，在脑电处理器中使用四种不同脑电信号特征对脑电信号识别库进行训练，分别代表起飞/降落，向前飞行预设距离，左转预设角度，右转预设角度。