[发明专利]基于MI-SSVEP混合式脑机接口的机械臂控制方法

说明书

本发明提供了一种基于MI‑SSVEP混合式脑机接口的机械臂控制方法，通过非侵入式脑电数据采集、脑电信号在线预处理、脑电信号在线处理与解码、生成用户意图目标并将目标转化为控制指令等步骤，实现对机械臂的控制。其通过基于MI‑SSVEP混合式脑机接口实验范式，增加了脑机接口控制机械臂系统的自由度数目，实现了对机械臂在三维空间的运动控制，增强了用户控制的灵活性，建立了一种新型脑机接口信号解码结果与用户意图的映射关系，更加符合用户控制的直觉，提升了用户通过意图控制机械臂的效率。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于MI-SSVEP混合式脑机接口的机械臂控制方法。

背景技术

目前，残疾人口的数量成逐渐上升的趋势。在数量众多的残疾人口中，肢体残疾的人数占据了较大的比例。这一群体对医疗保健和社会保障体系带来了挑战，给家庭以及社会带来巨大的经济压力，急需改善并提高残疾人的生活质量。脑机接口(brain computerinterfaces,BCI)是一种旨在大脑和外界之间建立全新通路的全新技术。通过脑机接口技术，残疾患者可以通过“意念”，绕过传统的神经通路，直接与外界进行交流和沟通。脑机接口技术和辅助残疾患者的机械臂相结合，不仅可以为保留部分运动功能的患者提供更多输入指令，还可以为完全失去运动功能的患者提供与外界沟通、独立自主生活的可能。基于脑机接口的机械臂控制，是一项前沿的全新技术，这一技术有潜力帮助残疾患者生活、提高其生活质量，同时也能够减轻社会和家庭照顾患者的负担，有利于改善并提高残疾人的生活质量。

稳态视觉诱发电位(Steady State Visual Evoked Potential,SSVEP)，是一种当视觉刺激以高于6Hz的周期性刺激呈现时，人大脑的枕叶区域的脑电信号将会产生与刺激频率和其谐波频率相同的周期性响应现象。目前有一些研究利用SSVEP实现对机械臂的控制，但是控制过程为简单的映射，不符合人的直观认识；运动想象(Motor Imagery，MI)的定义为，当人进行动作执行、动作意图和动作想象时，大脑的感觉运动区域的α频带(8-13Hz)、β频带(14-26Hz)会呈现能量降低的趋势，而γ频带(30Hz)呈现能量升高的趋势。基于运动想象的脑机接口已经实现机械臂的1维或2维运动控制，或者通过次序的方式实现三维控制，但是本质上没有对机械臂末端的6个空间自由度达到完全控制的效果。

除了使用单一脑电信号进行多自由度机械臂控制，近年来也出现了混合式脑机接口的概念(hybrid BCI)。混合式脑机接口，是将不同种类的脑电信号或其他的生理电信号混合，通过时间次序或指令映射的方式，实现更多控制指令的输出，或提高脑电信号的表现，如解码准确率等。许多研究者将不同的大脑活动特征产生的头皮脑电、或者是非侵入式头皮脑电与肌电、眼电等方式结合起来，实现对机械臂的控制。但是目前混合式脑机接口控制机械臂仍然存在控制过程不直观、精神负担较大等不足。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于MI-SSVEP混合式脑机接口的机械臂控制方法，通过基于MI-SSVEP混合式脑机接口实验范式，增加了脑机接口控制机械臂系统的自由度数目，实现了对机械臂在三维空间的运动控制，增强了用户控制的灵活性，更加符合用户控制的直觉，提升了用户通过意图控制机械臂的效率。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种基于MI-SSVEP混合式脑机接口的机械臂控制方法，包括如下步骤：

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；