一种脑肌电融合的脑控无人船的制作方法

本发明属于人工智能技术领域，特别是一种脑控无人船的控制方法。

背景技术：

无人船作为无人装备系列产品之一，近年来研发取得较快进展，已经能实现航线规划、智能避障、定速巡航、惯性导航、智能返航及自主航行控制等功能，但是包括脑控在内的隔空控制系统尚未看到有在无人船的控制系统中应用的报道，而脑控在国防、安防等无人船的一些应用场合又是需要的。人的大脑结构复杂，成年人大脑有大约850亿个神经元，在进行思维活动时这些神经元会产生轻微放电，多个神经元的放电进行综合就会形成脑电波，而通过脑电波和脑-计算机接口技术(bci技术)的应用就可以实现对一些对象的控制。1999年在第一届bci国际会议上，对bci定义为“脑-计算机接口是能够使人不依赖周围神经系统和肌肉而与外界通信或进行控制的设备”，即bci是人们仅仅通过脑的活动信号与外界物质进行交流的一种设备，它使得用户可以只通过“想法”就能实现自己实际的某种行动。由于脑控是一种无需直接接触就可以操控一些设备的控制技术，被认为是未来人工智能ai中不可或缺的部分，在军事、医疗、交通、工业、农业、安防救援、家居日常生活等领域将有着越来越重要的作用。

技术实现要素：

本发明一种脑肌电融合的脑控无人船，由5部分组成，包括无人船船体系统1、能源动力系统2、船载执行系统3、传感系统4、控制系统5。船体是采用橡胶制作的双体船；能源动力系统采用锂电池为动力；船载执行系统为船左右两侧的电机驱动螺旋桨；传感系统包括传感器避障装置等；控制系统又由三部分组成，如表1所示，1为脑电波(eeg)和肌电数据(emg)采集系统，2为arm处理器通讯系统，3为单片机微控制器系统。为实现应用脑电波控制的隔空控制手段，脑电波数据采集系统使用非置入式电极的头戴装置，包括tgam脑电波采集模块、蓝牙模块、wifi模块，用基于嵌入式设备串口专用app接收蓝牙和wifi信号。该方法具有优良的时间分辨率，虽然信号的准确度容易受眼球转动、肌肉收缩等产生的其他生物电信号的干扰，但经过滤波、信号放大、模数转换等处理分析，并通过脑电和肌电特征融合并与无人船自主控制系统传感器结合，可向嵌入式设备串口发出控制无人船的启动、停止、前进、后退、左转、右转等操作的指令。tgam脑电波采集模块是单通道eeg脑电波传感器，这种tgam传感器去噪能力强，属于干式传感器，它直接与干电极相连，可以检测到微弱的脑电信号，可以滤掉噪声，抗干扰能力强，硬件滤波3-100hz，静电保护4kv接触放电，8kv隔空放电，最大功耗15ma，运行电压3.3v；单片机微控制器系统依靠单片机识别指令并控制电动无人船完成各种指令对应的动作行为，采用的主控芯片为stm32f，该芯片为arm-cortexm系列的内核m3核，频率72mhz，微控制器接收的是脑机接口和无人船自动避障等传感器输入的信息，这样获得的信息较充分，能实现对于无人船运动的较复杂和精细的控制。

表1一种脑肌电融合的脑控无人船控制系统表

附图说明

图1为一种脑控无人船的结构框图，1为船体系统，2为能源动力系统，3为船载执行系统，4为包括超声波避障装置的传感系统，5为控制系统。

图2为控制系统工作框图。

具体实施方式

一种小型无人驾驶游艇，船体是采用橡胶制作的双体船，船长3.5m，宽度1.6m，高度0.4m；能源动力系统采用180ah锂电池为动力；船载执行系统为船左右两侧的功率为750w电机驱动螺旋桨；传感系统包括光电传感器e3f-dc100避障装置等。

其控制系统的第一部分为采集脑电波的头戴装置和采集肌电信号的传感装置。它采集脑电波是基于对人体无损害的头皮层次电位采集的方式，通过额叶上的电位变化，即大脑产生的脑电波的变化获取原始脑波数据，采集时把脑电波信号从干扰噪音中区分出来需要参考电极，参考电极通过共态抑制过滤掉周围的环境噪音，设备的参考电极是通过人的耳垂连接的，所以要保证传感器与耳朵接触良好，两个参考电极一正一反分别夹于采集者的双耳，第三个电极贴于测试者前额，以采集脑电信号；肌电数据采集也通过滤波去除噪声干扰。第二部分为arm处理器的串口通信，将脑肌电融合信号进行分析与处理，转化为指令发送至单片机。第三部分为单片机微控制器系统，采用的主控芯片为stm32f103，该芯片内核为arm-cortexm系列的m3核，stm32f103接收到指令后，根据解析结果控制无人船完成航行动作。单片机微控制器接收到tgam脑电波采集模块采集的数据后，开始解析数据，解析出的可利用的参数分别为专注度、放松度、眨眼信号。使用特定算法判断解析出的参数是否为噪声干扰信号，如果符合噪声信号的特征，则丢弃数据，开始重新接收。若非噪声则解析出的专注度与放松度信号控制无人船驱动，两个参数的值达到阈值后，无人船开始启动，在高专注度及双臂放松时无人船前进，专注度的强度与无人船的速度成正比。用手臂肌电信号进行无人船左右转向的切换，如左手臂产生肌电信号则向左转向，右手臂产生肌电信号则向右转向。在低专注度达到低于阈值时，无人船螺旋桨电机停止转动，无人船处于停止状态。

技术特征：

1.一种脑肌电融合的脑控无人船，由5部分组成，包括无人船船体系统、能源动力系统、船载执行系统、传感系统、控制系统，船体是采用橡胶制作的双体船，能源动力系统采用锂电池为动力，船载执行系统为船左右两侧的电机驱动螺旋桨，传感系统包括传感器避障装置等，控制系统又由三部分组成，分别为脑电波(eeg)和肌电数据(emg)采集系统、arm处理器通讯系统、单片机微控制器系统。

2.根据权利要求1所述的一种脑肌电融合的脑控无人船，其中脑电波(eeg)和肌电数据(emg)采集系统，脑电波数据采集系统使用非置入式电极的头戴装置，包括tgam脑电波采集模块、蓝牙模块、wifi模块，用基于嵌入式设备串口专用app接收蓝牙和wifi信号。

3.根据权利要求1所述的一种脑肌电融合的脑控无人船，其中通讯系统为arm处理器通讯系统。

4.根据权利要求1所述的一种脑肌电融合的脑控无人船，其中单片机微控制器系统依靠单片机识别指令并控制电动无人船完成各种指令对应的动作行为，采用的主控芯片为stm32f。

技术总结
本发明公开了一种脑肌电融合的脑控无人船，由5部分组成，包括无人船船体系统、能源动力系统、船载执行系统、传感系统、控制系统。船体是采用橡胶制作的双体船；能源动力系统采用锂电池为动力；船载执行系统为船左右两侧的电机驱动螺旋桨；传感系统包括传感器避障装置等；控制系统又由三部分组成，1为脑电波(EEG)和肌电数据(EMG)采集系统，2为ARM处理器通讯系统，3为单片机微控制器系统。

技术研发人员：张强;张玉昌;姚伟光;杨健;房伟平;曾振华
受保护的技术使用者：深圳市百纳生态研究院有限公司
技术研发日：2019.09.30
技术公布日：2021.03.30