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基于蓝牙脑电耳机的多旋翼无人机意念遥操作系统及操作方法技术方案

技术编号:14349458 阅读:64 留言:0更新日期:2017-01-04 20:07
本发明专利技术公开了一种基于脑电机器学习的无人机意念遥操作系统及操作方法,其中操作系统包括一脑电感知模块,包括图像采集装置以及脑电测量设备,图像采集装置用于接收无人机的飞行状态及周围的环境信息,脑电测量设备用于获取无人机操作者脑部激发的大脑电流脉冲信号;一信号处理模块,从脑电感知模块获取的大脑电流脉冲信号中分离出四种需要的脑电信号;一深度学习模块,将分离出四种脑电信号作为输入进行识别并输出无人机操作指令;一地面站控制模块,根据所述深度学习模块输出的无人机操作指令无人机进行操作。本发明专利技术针对无人机控制所设计的脑电信号特征模式,使得控制无人机变得更为简单、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实时检测使用者的心理指令并控制多旋翼无人机的方法和设备,特别是包含一种基于EmotivInsight脑电耳机的多旋翼无人机飞控的意念控制系统和控制方法。
技术介绍
可穿戴设备是近年来一项重要专利技术,结合了云计算、数据交互、软件处理等强大IT技术,给人们的生活带来极大便利,呈现出一种全新的智感知效果,诸如可视频、可拍照的GoogleGlass,可检测人体健康指数的Nike+等等。“意念头箍”的专利技术结合了生物信息学、神经学、信号处理技术、机器学习等知识,是智能穿戴技术的又一大新兴应用。脑机交互研究发展迅速,配合智能穿戴设备的发展,逐渐让大脑操控行为这一设想变为现实。目前科技已达到能够戴上一个“意念头箍”,然后命令眼前的物品移动。EmotivInsight脑电波检测耳机是一款轻巧、多频段无线耳机,它可以监测佩戴者的脑部活动,或者直接将读取的脑电波转化为有用的命令。它可以检测到一些基本命令,例如控制一台遥控直升机:前进、后退、上升等,此外,这款耳机还能靠检测你的表情来确定命令,例如控制一台车:微笑就是前进、眨右眼就是向右转。本专利技术将基于Emotiv公司最新研发的EmotivInsight脑电耳机采集使用者的脑电信号,并通过蓝牙技术将数据发送给电脑,经过对脑电信号的训练和识别,再联合耳机的信号质量对识别结果通过算法进行筛选,获取到较为稳定的识别结果。最终将识别结果通过地面站传输给无人机,从而实现意念控制无人机的功能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足,而提供一种具有灵活性、和可操作性的使用脑电信号去控制多旋翼无人机的操作系统及方法。本专利技术还提供了一种联合脑电信号质量的识别筛选方法,使得低精度的识别结果可以用于控制要求精度较高的无人机飞控系统。为了解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案为:基于脑电机器学习的无人机意念遥操作系统,其特征在于,包括:一脑电感知模块,包括图像采集装置以及脑电测量设备,所述图像采集装置用于获取无人机的飞行状态及周围的环境信息,所述脑电测量设备用于获取无人机操作者脑部激发的大脑电流脉冲信号;一终端,从所述脑电感知模块获取的大脑电流脉冲信号中分离出四种需要的脑电信号δ波、θ波、α波、β波;一深度学习模块,将分离出四种脑电信号δ波、θ波、α波、β波作为输入进行识别并输出无人机操作指令;一地面站控制模块,根据所述深度学习模块输出的无人机操作指令无人机进行操作。所述深度学习模块通过基于BP神经网络模型的线上学习,识别向前、向后、向左、向右的四种旋翼无人机飞行模式,并用脑电信号强弱来控制油门大小使得飞行器上升或下降;联合信号质量,对识别结果进行筛选,获取最终操作指令。基于BP神经网络模型的线上学习方法,使用bagging算法生成个体网络,将BP神经网络作为分类模型对样本进行离线学习;对于所有个体网络的输出,通过建立几何模型,计算决策重心的方法进行集成;最后将集成后的结果通过联合脑电信号进行筛选,获得可以用于控制无人机的较为稳定的控制指令。一种采用上述任一所述基于脑电机器学习的无人机意念遥操作系统的无人机意念遥操作方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步,读取脑电耳机获取的大脑电流脉冲信号并传至终端;第二步,终端对第一步收到的原始脑电信号通过离散短时傅里叶变换的方法,进行特征提取和去除其中的干扰信号,分离出四种需要的脑电信号δ波、θ波、α波及β波并存入数据库,作为训练样本;第三步,使用Bagging算法生成集成神经网络中的个体网络,使用BP神经网络作为分类模型对个体网络中的样本进行离线学习;第四步,建立几何模型,计算所有个体网络的决策重心,得到集成网络结果;第五步,将集成网络的结果通过联合脑电信号质量的识别筛选算法,获取到可以用于无人机控制的较为稳定的识别结果;第六步,将识别结果发送给地面站控制模块控制无人机。5、根据权利要求4所述的无人机意念遥操作方法,其特征在于,所述步骤六具体包括:将识别结果通过地面站发送给多旋翼无人机飞控;多旋翼无人机飞控对地面站发来的数据进行解析,控制多旋翼无人机飞行。所述第二步包括以下过程:利用离散短时傅里叶变换的方法,将脑电信号EEG从时域变换到频域,进行特征提取和去除其中的干扰信号,将脑电中δ波、θ波、α波及β波三种脑电信号提取出来,离散短时傅里叶变换公式如下:STFT{x[n]本文档来自技高网...
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【技术保护点】
基于脑电机器学习的无人机意念遥操作系统,其特征在于,包括:一脑电感知模块,包括图像采集装置以及脑电测量设备,所述图像采集装置用于接收无人机的飞行状态及周围的环境信息,所述脑电测量设备用于获取无人机操作者脑部激发的大脑电流脉冲信号;一信号处理模块,从所述脑电感知模块获取的大脑电流脉冲信号中分离出四种需要的脑电信号δ波、θ波、α波、β波;一深度学习模块,将分离出四种脑电信号δ波、θ波、α波、β波作为输入进行识别并输出无人机操作指令;一地面站控制模块,根据所述深度学习模块输出的无人机操作指令无人机进行操作。

【技术特征摘要】
1.基于脑电机器学习的无人机意念遥操作系统,其特征在于,包括:一脑电感知模块,包括图像采集装置以及脑电测量设备,所述图像采集装置用于接收无人机的飞行状态及周围的环境信息,所述脑电测量设备用于获取无人机操作者脑部激发的大脑电流脉冲信号;一信号处理模块,从所述脑电感知模块获取的大脑电流脉冲信号中分离出四种需要的脑电信号δ波、θ波、α波、β波;一深度学习模块,将分离出四种脑电信号δ波、θ波、α波、β波作为输入进行识别并输出无人机操作指令;一地面站控制模块,根据所述深度学习模块输出的无人机操作指令无人机进行操作。2.根据权利要求1所述的无人机意念遥操作系统,其特征在于,所述深度学习模块通过基于BP神经网络模型的线上学习,识别向前、向后、向左、向右的四种旋翼无人机飞行模式,并用脑电信号强弱来控制油门大小使得飞行器上升或下降;联合信号质量,对识别结果进行筛选,获取最终操作指令。3.根据权利要求2所述的无人机意念遥操作系统,其特征在于,基于BP神经网络模型的线上学习方法,使用bagging算法生成个体网络,将BP神经网络作为分类模型对样本进行离线学习;对于所有个体网络的输出,通过建立几何模型,计算决策重心的方法进行集成;最后将集成后的结果通过联合脑电信号进行筛选,获得可以用于控制无人机的较为稳定的控制指令。4.根据权利要求1、2或3所述的无人机意念遥操作系统,其特征在于,所述图像采集装置为显示器或者VR眼镜,所述脑电测量...

【专利技术属性】
技术研发人员:焦越阳媛马群郭晓艺吴佳玲曾欣
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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