[发明专利]基于脑-机接口的服务机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种服务机器人，特别是涉及一种能够实现脑电α波对服务机器人在四个方向移动控制的基于脑-机接口的服务机器人系统。

背景技术

服务机器人(Service Robot)是机器人家族中的年轻成员，各个国家对服务机器人的认识不同，到目前为止尚无统一、严格的定义。国际机器人联合会(IFR)给服务机器人的初步定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务和工作但不包括从事生产的设备。我国关于服务机器人(又称Advanced Robot)的定义是：工业机器人之外的各种机器人，主要应用于第三产业，包括家庭机器人(Home Robot)与野外机器人(Field Robot)两大类。服务机器人正在为人们提供越来越多方便、舒适的服务，引领人类生活方式发生变革，为人口老龄化等带来的重大社会服务问题提供解决方案，为第三产业发展提供新的动力。目前我国60岁以上人口已达到1.34亿，残疾人数量高达5千多万，在不远的将来，老年人和残疾人的护理将成为社会的一个重要负担，迫切需要一大批服务机器人提供家用智能服务，诸如清洁、取物、事务提示、身体监测、远程医疗、家庭保安、娱乐等，提高他们的生活质量，满足整个社会对护理人员数量和质量的需求。

服务机器人通常是在非结构化或半结构化环境下工作，应用任务复杂多样，并且直接为用户提供服务。其核心技术主要包括自主移动技术、感知技术、人-机器人交互技术、网络/计算机-机器人交互技术等几类。其中人-机器人交互技术中的视觉、语音、力觉、触觉、多通道交互等技术已经取得较多成果，而新型人机交互技术正逐渐成为研究的热点。

作为人-机器人交互技术的脑机接口技术，随着人们对神经系统功能认识的提高和计算机科学以及信号处理技术的不断进步，在最近十年得到了世界范围内更多的关注，取得了较为迅速的发展。脑机接口技术，是脑-计算机接口(Brain-Computer Interface，BCI)的简称，是在人脑与计算机与其它电子设备之间建立的一种直接的信息交流和控制通道，是一种不依赖于常规大脑输出通路(外周神经和肌肉组织)的全新的信息交流系统。BCI的实质是通过脑电信号推断人的想法或目的，从而实现人机交流。

脑机接口技术作为一种全新的大脑输出通路，能够为思维正常但运动功能残缺的人提供一种新型的弥补功能和对外信息交流手段，但它与已有的运动功能康复手段不同，也有别于另一些传统的残疾人辅助设备。运动功能康复手段主要有两种，一是通过物理治疗提高残存运动功能，二是利用功能性电刺激(functional electrical stimulation，FES)系统代替神经系统直接控制瘫痪肌肉；传统的残疾人辅助设备，如语音合成器，键盘使用增强器，利用呼吸器控制的开关以及替代手柄和鼠标的输入装置，则是利用可自主控制的肌肉替代萎缩的肌肉，增强现有的传导通路能力。这些技术或多或少的都需要有某种形式的肌肉运动参与，而脑机接口技术突出的特点则是不依赖于任何外围神经和肌肉系统响应这些传统的信息输出通路，它根据大脑思维意念或感官反映所产生的脑电信号进行工作，因而是全新意义上的康复辅助手段和大脑外界信息交流途径。

随着脑机接口技术的逐步成熟和应用需求的提高出现了应用于拼写、控制指针运动和控制神经假体的各种脑机接口系统。逐渐地，更贴近人类生活的高层次外部装置-服务机器人也开始被用于脑机接口研究中。随着相关理论和技术的发展，如脑神经科学、行为科学、心理学及信息融合处理技术、模式识别技术、神经网络技术等的发展，脑机接口技术必将为现有的人机交互模式注入新的活力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以实现脑电α波对服务机器人在四个方向上的移动控制的基于脑-机接口的服务机器人系统。

本发明所采用的技术方案是：一种基于脑-机接口的服务机器人系统，包括有与人体大脑相连的头皮电极，还设置有：脑电放大单元，用于接收头皮电极的信号并进行放大；脑电采集单元，采集放大的脑电信号并进行A/D转换；计算机，对脑电信号进行处理；状态选择器，接收计算机处理后的信号，并锁定一个方向信息；控制接口，接收状态选择器提供的方向选择信号，并将该信号发送到计算机的串口，计算机将该信号无线传输给服务机器人；所述的人体大脑又通过视觉分别接收状态选择器和服务机器人的反馈信号。