[发明专利]一种基于BCI的高灵活度机械手系统及其实现方法

权利要求书

1.一种基于BCI的高灵活度机械手控制系统及其实现方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

一、对采集的信号进行预处理及伪影去除后，采用二次时频分布即Choi-Williams分布对脑电信号进行分析；

二、采用两层分类框架增强识别精度，以识别出活动手指，其次对每个被识别的手指执行的动作进行解码并输出决策值完成分类模型；

三、将在线获取的脑电信号经由计算机决策判别为机械手的控制指令，通过TCP/IP与机械手系统进行通信，控制其完成指定的动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于BCI的高灵活度机械手控制系统，其特征在于：采用BioSemi Active Two EEG系统，使用11个Ag/AgCl电极以2048Hz的采样率记录EEG信号，根据10-20国际电极放置系统，将使用的EEG电极布置在头皮上的以下位置：F3、F4、Fz、C3、C4、Cz、P3、P4、Pz、T7和T8，参考电极为C1、C2记录的脑电信号被降采样到256Hz，并通过带宽为0.5-35Hz的带通滤波器进行滤波，此外采用了自动去除伪影工具箱，以减少滤波脑电信号中的肌电和眼电的伪影。

3.根据权利要求1所述的一种基于BCI的高灵活度机械手控制系统，其特征在于：进行离线训练时，首先受试者将手臂放在桌子上，放松手臂保持舒适状态；然后将计算机屏幕放置在桌子上，屏幕与受试者的距离约为70cm，用于显示各种视觉提示，单个轮次流程共包含四个阶段持续时间为11s，第一阶段为准备阶段，屏幕正中央出现一个白圈，持续2s提示受试者本轮实验开始，需要调整好自身状态；接下来的3s是提示期，每个提示都会通知被试进行特定手指完整的弯曲运动和一个完整的伸展运动，或者提示使用拇指进行充分的内收运动和一个充分的外展运动；之后会出现黑屏想象期，持续4s，被试根据提示期提示的动作进行一次想象运动，如提示“拇指弯曲伸展”，则被试进行拇指的想象动作，以此类推；最后是放松期，持续1s，被试放松手部保持放松状态，准备下一轮实验进行。

4.根据权利要求1所述的一种基于BCI的高灵活度机械手控制系统，其特征在于：提取使用者运动想象产生的脑电后使用了一个滑动窗口，将每个电极的EEG信号分成一组重叠的片段，实现每个段的大小为256个样本，任意两个连续段之间的重叠为128个样本，然后对每个EEG段计算Choi-Williams分布，得出脑电信号的时频表示。

5.根据权利要求4所述的一种基于BCI的高灵活度机械手控制系统，其特征在于：为了计算Choi-Williams分布，使用了一个滑动窗口，将每个电极的EEG信号分成一组重叠的片段，实现每一个EEG段的大小为256各样本点，任意两个连续的EEG段之间有128个采样点的重叠。

6.根据权利要求4所述的一种基于BCI的高灵活度机械手控制系统，其特征在于：在分析脑电信号时先计算其解析信号x(t)，其次计算x(t)的Choi-Williams分布ρ_x(t,f)，由于计算出的基于Choi-Williams分布的时频表示的维度太高，采用了归一化Renyi熵和能量集中特性，其中归一化Renyi熵F₁量化了EEG段内能量分布的规律性，能量集中特性F₂提供了一种可以描述EEG段内能量传播的度量方法。