本實(shí)用新型涉及腦波信號(hào)作為人機(jī)交互信號(hào)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于腦機(jī)接口的繪圖裝置。

背景技術(shù)：

人們的大腦無時(shí)無刻不在產(chǎn)生著腦電波，這一電信號(hào)可以根據(jù)頻率不同而劃分為Delta波、Theta波、Alpha波、Beta波、Gamma波等類型，針對(duì)這幾種不同類型的腦電波信號(hào)可以進(jìn)行采集分析從而分析出人的心理活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)“意念”控制。腦-機(jī)接口便是隨之應(yīng)運(yùn)而生的新興信息交流與控制通道，它不依賴于傳統(tǒng)大腦輸出通路，借助采集人前額電壓的波動(dòng)，通過TGAM腦電波傳感器可以采集電壓信號(hào)。

但這種“意念”控制的概念并沒有技術(shù)手段進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，因此現(xiàn)有技術(shù)中缺乏利用腦波信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制的實(shí)際解決問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于腦機(jī)接口的繪圖裝置，以期實(shí)現(xiàn)利用腦波信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種基于腦機(jī)接口的繪圖裝置，并采用如下技術(shù)方案：

一種基于腦機(jī)接口的繪圖裝置包括：用于獲取腦波信號(hào)的腦波采集單元；用于發(fā)送所述腦波信號(hào)的發(fā)送單元，所述發(fā)送單元與所述腦波采集單元電連接；用于接收所述腦波信號(hào)的接收單元，所述接收單元與所述發(fā)送單元通信連接；用于對(duì)所述腦波信號(hào)進(jìn)行處理并生成控制指令的處理單元，所述處理單元與所述接收單元電連接；用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)繪圖的驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元與所述處理單元電連接；用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行繪圖的繪圖單元，所述繪圖單元與所述驅(qū)動(dòng)單元電連接。

進(jìn)一步地，所述發(fā)送單元與所述接收單元均采用藍(lán)牙模塊。

進(jìn)一步地，所述腦波采集單元包括：用于采集前額腦電波的干電極；用于對(duì)所述腦電波進(jìn)行初處理并形成所述腦波信號(hào)的腦電波傳感器，所述腦電波傳感器與所述干電極電連接；用于為所述腦電波傳感器供電的電源模塊，所述電源模塊連接所述腦電波傳感器。

進(jìn)一步地，所述處理單元采用微處理器STM32F429。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)單元包括：用于驅(qū)動(dòng)所述繪圖單元的三個(gè)步進(jìn)電機(jī)；用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)三個(gè)所述步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與所述處理單元與三個(gè)所述步進(jìn)電機(jī)電連接。

進(jìn)一步地，所述繪圖單元包括：兩根相互平行的滑軌組成的第一組滑軌，所述滑軌上均設(shè)有滑塊，其中一個(gè)滑塊內(nèi)置用于驅(qū)動(dòng)所述滑塊的所述步進(jìn)電機(jī)；與所述第一組滑軌相垂直的第二組滑軌，所述第二組滑軌也包括兩根相互平行的滑軌，所述滑軌分別對(duì)應(yīng)連接所述滑塊，所述第二組滑軌的兩根滑軌上也均設(shè)有滑塊，其中一個(gè)所述滑塊內(nèi)置所述步進(jìn)電機(jī)；與所述第二組滑軌相垂直的第三組滑軌，所述第三組滑軌也包括兩根相互平行的滑軌，且所述滑軌分別與所述第二組滑軌垂直相接，且所述第三組滑軌處于所述第二組滑軌的兩根滑軌之間，所述第三組滑軌的下部滑軌上也設(shè)有滑塊，所述滑塊內(nèi)置所述步進(jìn)電機(jī)，且所述滑塊上固定畫筆；三個(gè)所述步進(jìn)電機(jī)均連接所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

進(jìn)一步地，所述接收單元、所述處理單元以及所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊集成為一體，固定在所述第三組滑軌的上部滑軌上。

采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，借助采集人前額電壓的波動(dòng)，通過TGAM腦電波傳感器可以采集電壓信號(hào)，利用嵌入式微處理器和腦電波傳感器等器件設(shè)計(jì)了繪圖機(jī)器人的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過TGAM腦電波傳感器獲取腦波信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)繪圖單元三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的精準(zhǔn)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同步帶導(dǎo)軌三維動(dòng)作，完成繪圖功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。附圖中，各元件或部分并不一定按照實(shí)際的比例繪制。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一所提供的一種基于腦機(jī)接口的繪圖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二所述的腦機(jī)接口的繪圖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的繪圖模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請(qǐng)使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。

實(shí)施例一

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一所提供的一種基于腦機(jī)接口的繪圖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

請(qǐng)參考圖1，一種基于腦機(jī)接口的繪圖裝置包括：用于獲取腦波信號(hào)的腦波采集單元10；用于發(fā)送所述腦波信號(hào)的發(fā)送單元20，所述發(fā)送單元20與所述腦波采集單元10電連接；用于接收所述腦波信號(hào)的接收單元30，所述接收單元30與所述發(fā)送單元20通信連接；用于對(duì)所述腦波信號(hào)進(jìn)行處理并生成控制指令的處理單元40，所述處理單元40與所述接收單元30電連接；用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)繪圖的驅(qū)動(dòng)單元50，所述驅(qū)動(dòng)單元50與所述處理單元40電連接；用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)單元50的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行繪圖的繪圖單元60，所述繪圖單元60與所述驅(qū)動(dòng)單元50電連接。

在本實(shí)施例的技術(shù)方案中，腦波采集單元10為采集端，腦波采集部分采集腦電波信號(hào)數(shù)據(jù)，使用發(fā)送單元20將采集來的數(shù)據(jù)發(fā)送給信號(hào)接收?qǐng)?zhí)行部分的處理單元40。處理單元40處理數(shù)據(jù)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊下發(fā)控制指令，進(jìn)而控制導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)，其包括前進(jìn)、后退、左移、右移、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等，另外可以給設(shè)備配置有指示燈來顯示導(dǎo)軌目前的運(yùn)作狀態(tài)信息。

采用本實(shí)施例的技術(shù)方案，借助采集人前額電壓的波動(dòng)，通過TGAM腦電波傳感器可以采集電壓信號(hào)，利用嵌入式微處理器和腦電波傳感器等器件設(shè)計(jì)了繪圖機(jī)器人的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過TGAM腦電波傳感器獲取腦波信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)繪圖單元三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的精準(zhǔn)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同步帶導(dǎo)軌三維動(dòng)作，完成繪圖功能。

實(shí)施例二

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二所述的腦機(jī)接口的繪圖裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

參見圖2所示，所述發(fā)送單元20與所述接收單元30均采用藍(lán)牙模塊201。

作為優(yōu)選的實(shí)施例地，所述腦波采集單元10包括：用于采集前額腦電波的干電極101；用于對(duì)所述腦電波進(jìn)行初處理并形成所述腦波信號(hào)的腦電波傳感器，即圖2中的TGAM腦電波模塊，所述腦電波傳感器與所述干電極101電連接；用于為所述腦電波傳感器供電的電源模塊102，所述電源模塊102連接所述腦電波傳感器。

優(yōu)選地，所述處理單元40采用型號(hào)為STM32F429的微處理器221。

處理單元40采用STM32F429微處理器，該處理器采用最新的180MHz的ARM Cortex-M4處理器內(nèi)核，可取代當(dāng)前的基于微控制器和中低端獨(dú)立數(shù)字信號(hào)處理器的雙片解決方案，或者將兩者整合成一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的數(shù)字信號(hào)控制器。STM32F4產(chǎn)品內(nèi)置意法半導(dǎo)體的自適應(yīng)實(shí)時(shí)(ART)加速技術(shù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了ARM Cortex-M4內(nèi)核的處理性能。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)單元50包括：用于驅(qū)動(dòng)所述繪圖單元60的三個(gè)步進(jìn)電機(jī)223，圖中只示出一個(gè)步進(jìn)電機(jī)223，每個(gè)步進(jìn)電機(jī)均為相同的方式與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊222相連接；用于根據(jù)所述控制指令驅(qū)動(dòng)三個(gè)所述步進(jìn)電機(jī)223的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊222，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊222分別與所述微處理器221與三個(gè)所述步進(jìn)電機(jī)223電連接。

在本實(shí)施例的技術(shù)方案中，給出腦波采集單元10以及驅(qū)動(dòng)單元50的具體實(shí)施方式，以及處理單元40采用微處理器STM32F429為控制核心，其余主要模塊有藍(lán)牙模塊201、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊222、步進(jìn)電機(jī)223。腦波采集單元10主要部件為TGAM腦電波模塊103。TGAM腦電波模塊103主要負(fù)責(zé)對(duì)前額腦電波信號(hào)進(jìn)行采集及初處理，并將所需要的關(guān)注度、放松度、前額電壓等數(shù)據(jù)傳出。TGAM腦電波模塊103與干電極101直接相連，通過單個(gè)信號(hào)及耳夾引出的參考電極構(gòu)成腦腦波采集單元10，在檢測(cè)到原始腦電信號(hào)的同時(shí)過濾噪音，極抗干擾。該TGAM腦電波模塊10采樣率為512Hz，頻率范圍為3Hz—100Hz，最大消耗功率為15毫安·3.3伏，運(yùn)行電壓為2.97～3.63V，輸出接口波特率設(shè)置為57600波特。藍(lán)牙模塊201使用HC-05，工作電壓為3.3v，內(nèi)置2.4GHz天線。串口通信波特率設(shè)置為57600，數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)定為8數(shù)據(jù)位1停止位0校驗(yàn)位。在AT模式下，將系統(tǒng)所用的兩個(gè)藍(lán)牙模塊分別設(shè)置為主機(jī)模式、從機(jī)模式，在上電后兩藍(lán)牙可以相互連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

更進(jìn)一步地，步進(jìn)電機(jī)223是借助電脈沖實(shí)現(xiàn)角位移的執(zhí)行器件，具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高的特點(diǎn)，所具有的瞬間啟動(dòng)及急速停止特性適合繪圖要求。步進(jìn)電機(jī)采用J-5718HB6401型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，工作額定電流為4.0A，相電阻1.1Ω，工作時(shí)可保持轉(zhuǎn)矩為3.6N·m，步距角1.8°。

對(duì)于混合式步進(jìn)電機(jī)而言，工作時(shí)要求定子磁極的極性交變，通常要求繞組由雙極性驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)。對(duì)電機(jī)繞組雙極性供電的典型結(jié)構(gòu)是H橋式主電路，這種驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜。但是由于集成化的雙極性驅(qū)動(dòng)芯片的出現(xiàn)，使其得到廣泛應(yīng)用。

步進(jìn)電機(jī)223通過細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了。如驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為“電機(jī)固有步距角”的十分之一，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)223轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°，而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)223只轉(zhuǎn)動(dòng)了0.18°。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制步進(jìn)電機(jī)223的相電流所產(chǎn)生的，與步進(jìn)電機(jī)223無關(guān)。

驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后的主要優(yōu)點(diǎn)為：完全消除了電機(jī)的低頻振蕩；提高了步進(jìn)電機(jī)223的輸出轉(zhuǎn)矩，提高了步進(jìn)電機(jī)223的分辨率，由于減小了步距角、提高了步距的均勻度?，F(xiàn)在采用的是256的細(xì)分，將原來的1.8°的步距角細(xì)分為0.42″,增加了步進(jìn)電機(jī)223的精確度。

借助M542H步進(jìn)電機(jī)223可控制步進(jìn)電機(jī)223的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度，從而控制畫筆運(yùn)動(dòng)速度。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的繪圖模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

作為優(yōu)選的實(shí)施例，所述繪圖單元60包括：兩根相互平行的滑軌組成的第一組滑軌503，所述滑軌上均設(shè)有第一組滑塊509，其中第一組滑塊509中的一個(gè)滑塊內(nèi)置用于驅(qū)動(dòng)滑塊的所述步進(jìn)電機(jī)223；與所述第一組滑軌503相垂直的第二組滑軌501，所述第二組滑軌501也包括兩根相互平行的滑軌，所述滑軌分別對(duì)應(yīng)連接說話第一組滑塊509，所述第二組滑軌501的兩根滑軌上也均設(shè)有第二組滑塊512，其中一個(gè)所述滑塊內(nèi)置所述步進(jìn)電機(jī)223；與所述第二組滑軌501相垂直的第三組滑軌514，所述第三組滑軌514也包括兩根相互平行的滑軌，且所述滑軌分別與所述第二組滑軌501垂直相接，且所述第三組滑軌514處于所述第二組滑軌501的兩根滑軌之間，所述第三組滑軌514的下部滑軌上也設(shè)有滑塊504，滑塊504內(nèi)置所述步進(jìn)電機(jī)223，且所述滑塊504上固定畫筆505；三個(gè)所述步進(jìn)電機(jī)223均連接圖2中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊222。

在本實(shí)施例的技術(shù)方案中，繪圖模塊60由三組互相垂直的導(dǎo)軌組成，各導(dǎo)軌可借助步進(jìn)電機(jī)223牽引皮帶實(shí)現(xiàn)移動(dòng)；畫筆505則被固定于水平導(dǎo)軌的滑塊上，在三個(gè)放置于不同導(dǎo)軌上的步進(jìn)電機(jī)223的幫助下可以使畫筆在三維空間上自由移動(dòng)。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述接收單元30、所述處理單元40以及所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊50集成為一體，固定在所述第三組滑軌514的上部滑軌上。

本實(shí)施例的技術(shù)方案使得步進(jìn)電機(jī)223與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊50距離更近，連接的拉線不用很長，實(shí)施方便。

采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，借助采集人前額電壓的波動(dòng)，通過TGAM腦電波傳感器可以采集電壓信號(hào)，利用嵌入式微處理器和腦電波傳感器等器件設(shè)計(jì)了繪圖機(jī)器人的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過TGAM腦電波傳感器獲取腦波信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)繪圖單元三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的精準(zhǔn)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同步帶導(dǎo)軌三維動(dòng)作，完成繪圖功能。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。