恭喜西安交通大学张小栋获国家专利权
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龙图腾网恭喜西安交通大学申请的专利一种操作者典型精神状态的脑电捕捉方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN113349781B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-14发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202110560459.7,技术领域涉及:A61B5/18;该发明授权一种操作者典型精神状态的脑电捕捉方法及系统是由张小栋;朱文静;张腾;王宇设计研发完成,并于2021-05-21向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种操作者典型精神状态的脑电捕捉方法及系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种操作者典型精神状态的脑电捕捉方法及系统,脑电信号采集模块通过捕捉指令触发采集方式和定时采集方式采集操作者典型精神状态的脑电信号,包括第一计算机单元以及与第一计算机单元连接的脑电采集设备;虚拟协同机器人操作模块控制虚拟协同机器人完成典型精神状态诱发任务,连续诱导操作者产生多种典型精神状态,包括用于模拟协同机器人运动的第二计算机单元以及与第二计算机单元连接的控制指令发送设备;第一计算机单元通过数据传输网络与第二计算机单元连接,实现监测操作者操作虚拟协同机器人的动态过程和自适应采集操作者典型精神状态的脑电信号的功能。本发明提高了操作者精神状态的脑电采集系统的灵活性和脑电数据有效性。
本发明授权一种操作者典型精神状态的脑电捕捉方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种操作者典型精神状态的脑电捕捉方法,其特征在于,利用操作者典型精神状态的脑电捕捉系统,包括:脑电信号采集模块,通过捕捉指令触发采集方式采集操作者处于典型精神状态下的脑电信号,包括用于脑电信号采集的第一计算机单元以及与第一计算机单元连接的脑电采集设备;虚拟协同机器人操作模块,控制虚拟协同机器人完成典型精神状态诱发任务,连续诱导操作者产生多种典型精神状态,包括用于模拟协同机器人运动的第二计算机单元以及与第二计算机单元连接的虚拟协同机器人控制指令发送设备;第一计算机单元通过数据传输网络与第二计算机单元连接,实现监测操作者操作虚拟协同机器人的动态过程和自适应采集操作者典型精神状态脑电信号的功能,第一计算机单元包括脑电信号捕捉判别器和典型精神状态主观评价量表;脑电信号捕捉判别器通过数据传输网络接收第二计算机单元的操作日志信息,向脑电采集设备发送捕捉指令触发脑电信号采集;典型精神状态主观评价量表用于确定典型精神状态类别,典型精神状态主观评价量表包括专注状态、非专注状态、紧张状态、疲劳状态、积极状态和消极状态;虚拟协同机器人控制指令发送设备通过USB无线传输方式与第二计算机单元连接,用于发送虚拟协同机器人控制指令,虚拟协同机器人接收并执行虚拟协同机器人控制指令,同时生成操作结果日志信息,虚拟协同机器人控制指令包括控制机器人底盘的指令,以及机器臂和夹爪运动或动作的指令;脑电信号采集模块采集操作者处于典型精神状态下的脑电信号方式还包括定时采集方式,定时采集操作过程中无明显操作日志信息时段操作者典型精神状态脑电信号;脑电采集设备包括脑电帽,脑电帽的电极布置于大脑额叶、枕叶、顶叶和颞叶区域,脑电采集设备的采样频率为1000Hz;具体步骤如下:S1、脑电采集设备采集大脑皮质额叶、枕叶、顶叶和颞叶区域的脑电信号;S2、通过游戏手柄控制虚拟协同机器人运动以完成精神状态诱发任务,精神状态诱发任务的类别为轨迹跟踪、抓取物块、转移物块中的一种或多种的组合,在完成诱发任务的过程中,每执行一个与机械臂或夹爪相关的控制指令,生成对应的操作日志信息,虚拟协同机器人操作模块中包括5种精神状态诱发任务,通过游戏手柄控制虚拟协同机器人运动具体为:游戏手柄通过无线USB接收器连接到第二计算机单元上,虚拟协同机器人运行在第二计算机单元的机器人操作系统ROS环境中,操作游戏手柄向第二计算机单元中的虚拟协同机器人发送控制指令,虚拟协同机器人包括底盘、机械臂和夹爪,通过游戏手柄的摇杆向虚拟协同机器人发送控制底盘运动的线速度或角速度的控制指令,底盘根据控制指令执行前进、后退、左转、右转运动,实现移动和旋转的并联运动;通过游戏手柄的按键向虚拟协同机器人发送控制夹爪张开或闭合以及机械臂末端沿笛卡尔坐标系下X、Y、Z方向移动或旋转的控制指令,夹爪或机器臂依据按键控制指令发生步进运动;5种精神状态诱发任务的具体要求如下:在Task0中,操作者需要控制虚拟协同机器人在矩形房间内沿顺时针方向行走一圈,不限制虚拟协同机器人运动轨迹;在Task1中,操作者需要控制虚拟协同机器人沿着三角形的两条边行走;在Task2中,操作者需要控制虚拟协同机器人抓取位于桌面的蓝色小物块,然后将小物块放置在白色托盘中;Task3是一个有时间限制的任务,操作者需要控制虚拟协同机器人在1分钟内走出迷宫;与Task2相比,在Task4中,小物块被替换成一个可乐瓶,且托盘被放置在另一张桌子上;精神状态诱发任务要求的执行顺序为Task1→Task2→Task3→Task0→Task1→Task2→Task3→Task0→Task4;Task1被用来诱发操作者的专注状态,Task2被用于诱发操作者产生积极状态和消极状态,当操作者在执行Task2时,一旦任务执行过程中出现错误操作,第一计算机单元中运行的实验引导界面就会根据从第二计算机单元接收到的操作日志信息给予操作者错误操作提示,所述错误操作提示包含语音提示和文字提示,所述错误操作是指虚拟协同机器人执行一个动作后发生碰撞故障;相反,第二计算机单元中的Task2成功完成,实验引导界面会给予操作者正确操作提示,所述正确操作提示包含语音提示和文字提示;错误操作提示用于诱发消极状态,正确操作提示用于诱发积极状态;Task0被用于诱发操作者的非专注状态;Task3被用于诱发操作者处于紧张状态;Task4被放置在精神状态诱发任务执行顺序的最后一个,经过前面两个回合的精神状态诱发任务,Task4用于诱发操作者产生疲劳状态;S3、当精神状态诱发任务为抓取物块或转移物块时,将步骤S2生成的操作日志信息通过数据传输网络从第二计算机单元传至第一计算机单元,采用捕捉指令触发采集方式,当第一计算机单元识别到与典型精神状态对应的操作日志信息时,发送捕捉指令采集典型精神状态下的脑电信号,具体为:将运行有MATLAB的第一计算机单元作为一个ROS节点,在同一网络下,实现第一计算机单元与第二计算机单元上运行的ROS网络中的节点之间的通讯连接,实现第一计算机单元和第二计算机单元间的双向信息传输;第二计算机单元运行的ROSMaster中,节点rosout是话题rosout_agg的发布者,话题rosout_agg的Msg信息为虚拟协同机器人接收到的控制指令及接收到指令产生的计算结果和机器人指令执行结果,使运行有MATLAB的第一计算机单元节点订阅话题rosout_agg,并循环读取消息内容,以获取操作的实时日志信息;当第一计算机单元上运行的脑电信号捕捉判别器识别到与操作者典型精神状态相关的特定操作日志信息时,生成捕捉指令,将脑电采集设备采集的脑电数据经数据传输网络无线传输至第一计算机单元并进行存储,脑电采集设备采集存储时长为5~60秒的脑电信号;S4、当精神状态诱发任务为轨迹跟踪时,定时采集步骤S1的脑电信号并存储;S5、通过第一计算机单元的典型精神状态主观评价量表获取并存储步骤S3和步骤S4获取的脑电信号的标签,完成操作者典型精神状态的脑电捕捉。
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