[发明专利]一种基于脑机接口与自动驾驶技术的智能轮椅控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及脑机接口应用研究及人工智能领域，特别涉及一种基于脑机接口与自动驾驶技术的智能轮椅控制方法。

背景技术

世界各地有数以百万计的残疾人由于患有运动功能障碍从而丧失了运动功能。其中成千上万人的日常生活需要依赖电动轮椅。但是仍有一部分丧失运动功能的人不能操控传统的电动轮椅，有以下两个方面的原因：(1)他们不能通过传统的接口(如轮椅的控制杆)控制这类轮椅；(2)他们被认为没有能力安全地控制这类轮椅。

随着人工智能技术的高速发展，越来越多的研究成果被应用于辅助此类人群运动功能，从而提高他们的生活质量。其中，基于神经信号的脑机接口(brain computer interface，BCI)作为一种人机交互方式发展尤为迅速，也是近年来脑功能研究的热点课题。但是，脑机接口作为一种新的交互方式来控制电动轮椅也面临着新的挑战：通过脑机接口准确地表达人的意图需要高度集中精神。因此，如果通过脑机接口直接控制轮椅行驶，会给残疾人产生巨大的精神负担。此外，由于脑信号不稳定，我们当前无法通过现有技术获得像轮椅控制杆同样的信息传输率，并且很难达到像控制操纵杆所能达到的操控能力。

脑机接口是指在脑和计算机或其它设备之间建立的直接的交流和控制通道，它不依赖于外周神经系统及肌肉组织，是一种全新的人机接口方式。脑机接口分为植入式与非植入式两类。植入式脑机接口所获得的脑信号精度相对较高，信噪比高，易于分析处理，但需要对使用者进行开颅手术，危险性较大，目前主要用于动物实验研究。非植入式脑机接口获取的脑信号噪声大，信号特征的可区分性差，但获取脑信号不需要进行任何手术，而且随着信号处理方法和技术的不断进步，对头皮脑电(electroencephalogram，EEG)的处理已经能够达到一定的水平，使脑机接口应用于实际生活成为可能。本发明以下内容所提及的脑机接口均指非植入式的脑机接口。目前，非植入式脑机接口研究所使用的信号主要包括P300，稳态视觉诱发电位(steady state visually evoked potential,SSVEP)等事件相关电位(event related potential,ERP)，mu及beta节律，慢皮层电位(slow cortical potential,SCP)等。

脑机接口通常包括三部分：1)信号采集。2)信号处理。从神经信号中提取使用者的意识，并通过特定的模式识别算法将输入的使用者的神经信号转换为控制外部设备的输出指令。3)控制外部设备。根据使用者的意识来驱动外部设备，从而替代用户丧失的运动和交流能力。

目前，大部分的脑控轮椅系统都是利用脑机接口直接控制轮椅，没有加入自动驾驶技术，例如中国专利(一种新型的基于运动想象脑电控制的智能轮椅系统，公开号：CN101897640A；基于运动想象控制的残疾人轮椅车，公开号：CN101953737A)。采集人在想象左右手运动过程中的头皮脑电信号，通过分析脑电特异性成分，判断用户想象的方向，实现对轮椅运动方向的控制。中国专利(基于多模态脑机接口的智能轮椅，公开号：CN102309380A)。该发明采用多模态脑机接口对轮椅实现多自由度控制。通过事件相关电位P300实现对电动轮椅的启动、停止、后退以及速度控制；通过运动想象实现轮椅的方向控制。以上所述发明存在以下3个问题：(1)轮椅控制是多目标的，包括起动、停止，方向控制和速度控制。但是当前脑机接口很难产生如此多的控制命令。尽管专利(基于多模态脑机接口的智能轮椅，公开号：CN102309380A)已经采用多模态的脑机接口获得多种控制命令，但是用P300或者SSVEP产生精确的控制命令需要的时间较长，不适合对轮椅实际的控制。(2)脑机接口的性能因人而异。例如，很多人经过长时间的运动想象训练仍不能产生可以明显区分的控制信号。(3)长时间通过脑机接口控制轮椅对用户产生较大的精神负担。将自动驾驶技术引入到轮椅控制系统中可以解决上述问题。具有自动驾驶功能的轮椅在导航时，不需要任何控制命令。但是自动导航系统不能执行所有的控制命令。例如，自动导航系统不能自动识别出用户目的地的指令，因此需要一个特定的人机接口向自动导航系统传递目的地信息。但是对于运动功能丧失的残疾人，例如(ALS)病人，使用传统的人机接口(例如，控制杆，键盘等)会存在障碍。因此脑机接口技术与自动驾驶技术的结合对解决以上问题会是一个很好的方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于脑机接口与自动驾驶技术的智能轮椅控制方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：