[发明专利]基于MI-SSVEP混合式脑机接口的机械臂控制方法

权利要求书

1.一种基于MI-SSVEP混合式脑机接口的机械臂控制方法，其特征在于，包括：

非侵入式头皮脑电数据采集：通过非侵入式头皮脑电装置来采集用户的头皮脑电信号；

所述头皮脑电信号的预处理：将采集的所述头皮脑电信号进行放大、模数转换和滤波处理；

所述头皮脑电信号在线处理与解码：将经过预处理的头皮脑电信号提取通过解码得到用户当前视觉刺激所在位置以及用户当前的想象肢体运动的状态，其中得到所述用户当前的想象肢体运动状态是通过提取时域或频域特征的方法得到的；其中，针对运动想象相关电极通道进行当前时刻前N毫秒时窗的截取，并进行空间滤波和功率谱估计计算提取频域特征；针对稳态视觉诱发电位相关电极通道进行当前时刻前M毫秒的截取，并使用典型相关分析提取特征，并通过最大分类器、投票器判断用户当前注视视觉刺激所在位置；其中，所述空间滤波的方式是小拉普拉斯或大拉普拉斯变换，所述功率谱估计的方式是自回归滑动平均或小波方法；

生成用户意图目标并将所述用户意图目标转化为对所述机械臂的控制指令：将经过处理和解码后得到的所述头皮脑电信号的解码结果与用户意图进行映射，转化为所述控制指令，以实现对所述机械臂的三维运动控制；

所述头皮脑电信号是由所述用户进行运动想象以及将视线移动至目标视觉刺激时产生的，所述目标视觉刺激是终端设备的屏幕播放的MI-SSVEP混合式脑机接口实验范式；

所述MI-SSVEP混合式脑机接口实验范式包括所述终端设备的屏幕上显示的所述机械臂的末端摄像头实时传输的图像，所述目标视觉刺激包括分布在计算机屏幕的边缘处的4个不同的视觉刺激；所述4个不同的视觉刺激均被设置为长方形或正方形，所述4个不同的视觉刺激采用正弦波频率进行调制，所述正弦波频率通过如下公式得到：

s(f,i)＝1/2{1+sin[2πf(i/fz)]}

其中，f表示所述正弦波频率，fz表示产生所述视觉刺激的终端设备的刷新率，s(f,i)表示所述视觉刺激的刺激强度，i表示所述终端设备的刷新序列。

2.如权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述针对运动想象相关电极包括多个通道，地电极为额极处电极，参考电极为左侧耳垂。

3.如权利要求2所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述提取时域或频域特征还包括：

将所述多个通道中的一个及其周围的电极通过线性组合的方式组合为单一左侧电极通道，表征左侧运动感觉区域电极通道的活动特征信号；

将所述多个通道中的另一个及其周围的电极通过线性组合的方式组合为单一右侧电极通道，表征右侧运动感觉区域电极通道的活动特征信号；

将所述单一左侧电极通道和所述单一右侧电极通道进行自回归模型计算，得到功率谱；

利用所述功率谱计算8-13Hz频带的能量，得到用户的运动想象状态。

4.如权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，针对所述稳态视觉诱发电位相关电极包括多个通道，地电极为额极处电极，参考电极为左侧耳垂。

5.如权利要求4所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述判断用户当前注视视觉刺激所在位置，其还包括如下步骤：

建立4个所述正弦波频率的基频与谐频正余弦信号，时长为2000毫秒，组成4个模版信号矩阵；

将所述针对所述稳态视觉诱发电位相关电极通道的脑电信号组成当前脑电信号矩阵；

将所述当前脑电信号矩阵与所述模版 信号矩阵经过所述典型相关分析后得到所述当前脑电信号矩阵分别与4个所述模版信号矩阵的4个相关系数；

将所述4个相关系数送入最大分类器，得到当前时刻相关系数最大的模版，该模版对应的频率为当前时刻用户可能注视的视觉刺激；

将当前得到的模版频率与前3个解码得到的模版频率共同送入所述投票器，若所述投票器中同时有3个及以上的相同结果，则当前时刻输出的结果为该结果对应的视觉刺激方块，否则当前时刻输出的结果为用户当前没有注视任何一个视觉刺激方块。