[发明专利]一种基于运动想象脑电与头姿的智能轮椅及控制方法

权利要求书

1.一种基于运动想象脑电与头姿的智能轮椅，包括电动轮椅主体，其特征在于，还包括安装在主体上的附属结构：脑电采集设备、头姿采集设备、颈部肌电采集设备、头部姿态估计模块、虚拟光标控制模块、轮椅人机交互接口模块、疲劳感知模块；Kinect深度相机、PC控制器托盘、蓄电池及逆变器；

所述脑电采集设备安装在电动轮椅背部，通过蓄电池经逆变器进行供电；Kinect深度相机安装在用户正前方，脑电与头姿信号处理和轮椅控制由PC控制器进行处理，PC控制器放在用户正前方的托盘上，方便进行视觉反馈和人机交互；

所述脑电采集设备采集的脑电信号通过USB接口传输到虚拟光标控制模块，再使用TCP通信发送到轮椅人机交互接口，最后通过串口通信方式将控制指令传达给电动轮椅；

所述头姿采集设备采集的头部姿态通过USB接口传输到头部姿态估计模块，在使用TCP通信发送到轮椅人机交互接口，最后通过串口通信方式将控制指令传达给电动轮椅；

所述肌电采集设备采集的颈部肌电信号，通过TCP通信传输到疲劳感知模块，根据疲劳感知的结果判断切换脑电控制和头姿控制。

2.如权利要求1所述的智能轮椅的控制方法，其特征在于，一方面，Kinect传感器捕获的头姿深度图像经头姿估计模块估计出头部实时姿态后，进一步映射至机器人轮椅人机交互接口产生控制指令，实现轮椅的头姿交互控制；另一方面，Neuroscan脑电控制器实时采集运动想象脑电信号，经前期处理后用于虚拟光标的控制，受控的虚拟光标同步映射到机器人轮椅人机交互接口，产生连续脑电控制指令实现轮椅的交互；Delsys肌电传感器采集的颈部表面肌电信号经疲劳感知模块评估后，根据疲劳状态确定是否产生切换指令，实现头姿与脑电两种交互方式的切换；具体包括以下步骤：

S1、在头姿控制模式下，利用Kinect深度相机实时获取用户的头部姿态，具体包括：

S11、利用随机森林融合最近点迭代算法估计受试者的头部姿态；

S12、将受试者的实时头部姿态坐标映射到轮椅控制模块；

S13、根据头部姿态坐标的变化，实时连续输出轮椅的速度指令；

S2、在运动想象脑电控制模式下，运动想象脑电控制需要通过筛选实验，获取受试者感觉运动节律参数，分析实验数据找到每位受试者各自最优的参数配置；

S3、经过特征提取和特征转化，将受试者的脑电信号转化为虚拟光标的控制指令；

S4、将S3步骤中受控的虚拟光标同步映射到机器人轮椅人机交互接口，生成轮椅左右轮的速度指令驱动轮椅运动；

S5、实时监测用户颈部肌肉的疲劳生理响应，根据疲劳评估模型判断受试者颈部肌肉的疲劳状态，确定是否在运动想象脑电与头姿两种交互控制方式中进行切换。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，脑电采集设备为Neuroscan公司研制的SynAmp2放大器和64通道Quik-Cap电极帽，选用其中的FC6、FC4、FC2、FC5、FC3、FC1、C6、C4、C2、C5、C3、C1、CP6、CP4、CP2、CP5、CP3、CP1共18个通道，使用Scan4.5采集软件采集用户的脑电信号。