[发明专利]基于脑电信号和SLAM控制的智能脑控轮椅系统

说明书

本发明公开了一种基于脑电信号和SLAM控制的智能脑控轮椅系统，包括脑电信号处理模块、脑电信号采集模块、神经网络模块、电源模块、蓝牙传输模块和导航模块，所述脑电信号采集模块利用OpenBCI开源脑电设备获取使用者实时脑电信号，通过应用程序和软件在PC端绘制脑电波图像并显示。本发明可以帮助老年人和下肢残疾人群解决其移动行走，通过脑机接口接受使用者大脑发出的前进后退等命令，并通过视觉SLAM实现进一步的路径规划与自动驾驶。

技术领域

本发明涉及一种基于脑电信号和SLAM控制的智能脑控轮椅系统。

背景技术

由于目前市场上的手推轮椅以及正在研发的智能轮椅均不能满足四肢残障人士、渐冻症以及偏瘫病患在日常生活中独立行动和外出。在轮椅控制中加入脑机接口技术，是脑科学与移动脑控轮椅机器人学的一次完美结合。通过对两大前沿技术的优势互补，促进智能轮椅的实现，为行动不便者提供方便，同时拓展了相关技术的应用领域脑控轮椅直接依靠脑电信号控制，无需外部设备干预。基于脑电信号控制的自动驾驶自动轮椅的研究重点就是脑机接口技术以及自动驾驶技术。传统的设备控制方式在脑机接口技术发展的过程中得到了革新，通过脑电控制轮椅变成可能；而轮椅能够进行自主导航、自主避障等自动驾驶的应用，则需通过定位导航技术实现，这也是增强脑控轮椅安全性的重要手段。综上所述，脑控轮椅与自动驾驶相关技术的融合研究具有重大的社会现实意义。将用户的脑信号转换成控制信号传达给轮椅，实现用户可以自由出行，增强用户的自信和幸福感。

因此，研究开发一种基于脑电信号实现智能控制，视觉SLAM实现自主导航的智能轮椅系统具有广阔市场。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种可以帮助老年人和下肢残疾人群解决其移动行走，通过脑机接口接受使用者大脑发出的前进后退等命令，并通过视觉SLAM实现进一步的路径规划与自动驾驶的基于脑电信号和SLAM控制的智能脑控轮椅系统。

一种基于脑电信号和SLAM控制的智能脑控轮椅系统，它包括脑电信号处理模块、脑电信号采集模块、神经网络模块、电源模块、蓝牙传输模块和导航模块，所述脑电信号采集模块利用OpenBCI开源脑电设备获取使用者实时脑电信号，通过应用程序和软件在PC端绘制脑电波图像并显示；

脑电信号处理模块通过OpenBCI获取到的脑电信号进行特征提取，数据分析等操作。通过巴特沃斯带通滤波器对各通道信号进行降噪过滤，获取对应频率范围下的α波(8-13Hz)，β波(14-30Hz)，θ波(4-7Hz)，δ波(1-4Hz)传入神经网络进行训练和预测；

神经网络模块通过EEGNet神经网络对传入的SSVEP脑电信号进行训练得到分类模型，对之后传入的实时脑电信号进行更好的预测，转换化控制信号；

蓝牙传输模块采用无线蓝牙方式发送控制指令到轮椅端，实现人体脑电波对轮椅的控制；

导航模块对已经获得的脑电信号指令，通过双目摄像头获取周边环境信息，使用视觉SLAM技术处理环境信息进行建模，生成并创建周边环境地图，并通过生成的地图和目标地点进行路径规划；通过激光雷达传感器等多种传感器进行障碍物检测，将障碍物信息结合视觉SLAM更新地图信息，更改前进路径，完成自主避障。

进一步的，导航模块中对图像特征提取采用ORB特征检测算子，完成图像特征检测。