专利名称：移动体控制装置和移动体控制方法
技术领域：
本发明涉及移动体控制装置和移动体控制方法，用于控制与其上驾乘的用户一起行驶的移动体。具体地，本发明涉及移动体控制装置和移动体控制方法，用于基于用户的脑活动信息来对移动体进行驱动控制。
背景技术：
近年来，提出了各种控制方法，作为用于通过利用用户的脑活动信息来操作移动体的方法。利用该脑活动信息的控制例如具有可以提供迅速、用户友好界面(或还可以被肢体残疾人使用的界面)的优势。传统的控制难于获得这样的优势，例如利用肌电位的控制和利用如操纵杆的操作系统的控制。同时，已知一种活动支持系统，根据用户的注意程度和用户的视野中的注意区域来对电动轮椅进行驱动控制，该注意程度基于用户的脑电波强度的变化形式，该视野中的注意区域基于脑电波强度分布和视线(例如参见专利文献1)。此外，公开了一种技术，其中由脑电波控制的电动轮椅配置有各种障碍传感器，并且根据用户的需要通过利用来自障碍传感器的传感器信息来可靠地控制电动轮椅(例如参见非专利文献1)。文献列表专利文献[专利文献1]日本未经审查的专利申请公开No.2007-202882非专利文献[非专利文献 1]2007IEEE 第十次国际会议(Adaptive Shared Control of a Brain-Actuated Simulated Wheelchair)
发明内容
技术问题顺便提及，由传感器检测的脑活动信息一般具有小的信号/噪声比。因此，难于通过分离并提取理想的脑活动信息来产生具有足够精度的控制信号。另一方面，专利文献 1中公开的活动支持系统根据用户的注意程度和用户的视野中的注意区域来驱动控制电动轮椅。然而其结构和控制过程很复杂。在非专利文献1中公开的相关技术中，通过利用来自障碍传感器的传感器信息似乎可以更可靠地控制电动轮椅。然而，电动轮椅的结构和控制过程很复杂。为解决上述问题提出本发明，并且本发明的主要目的是提供移动体控制装置和移动体控制方法，可以在简化控制过程的同时实现高精度控制。解决问题的方案为了实现上述目的，本发明的一个方面是一种移动体控制装置，包括脑活动检测单元，其检测用户的脑活动信息；脑信号分离单元，其从所述脑活动检测单元检测到的所述脑活动信息将伪迹成分分离；控制信号产生单元，其在被所述脑信号分离单元将所述伪迹成分分离出的所述脑活动信息中，以交叠方式使用于提取脑数据的采样时段以预定间隔滑动，分别计算对于在通过滑动获得的各个所述采样时段内所述脑数据的特征值，并且基于计算得到的所述特征值产生控制信号；以及驱动控制单元，其根据所述控制信号产生单元产生的控制信号来对其上有用户在驾乘的移动体进行驱动控制。根据此方面，可在简化控制过程的同时实现高精度控制。在该方面中，还可包括产生教师信号的教师信号产生单元，其中，所述脑信号分离单元可利用由所述教师信号产生单元产生的所述教师信号来执行学习，并且根据用户将所述伪迹成分分离。在该方面中，还可包括产生教师信号的教师信号产生单元，其中，所述控制信号产生单元可利用由所述教师信号产生单元产生的所述教师信号来计算所述特征值与所述控制信号之间的对应关系，并且基于所述特征值和计算得到的所述对应关系来产生所述控制信号。在该方面中，还可包括肌电位检测单元，其检测用户的肌电位；以及停止判定单元，其基于由所述肌电位检测单元检测到的所述肌电位来判定是否使所述移动体停止。当所述停止判定单元判定为要使所述移动体停止时，所述驱动控制单元控制所述移动体以使所述移动体停止。在该方面中，可当所述驱动控制单元连续地从所述控制信号产生单元接收到相同的控制信号达预定次数或更多时，所述驱动控制单元执行与所述控制信号对应的控制。在该方面中，所述控制信号产生单元可包括信号产生单元，基于计算得到的所述特征值并基于所述特征值与控制信号之间的预设对应关系，连续地产生与所述特征值对应的控制信号；以及信号选择单元，将由所述信号产生单元连续地产生的控制信号分成群组， 从每个所述群组选择至少一个控制信号，并且将所选择的所述控制信号输出到所述驱动控制单元，其中每个所述群组具有预定数目的连续的控制信号。在该方面中，所述信号选择单元可针对各个所述群组选择每个所述群组中数目最多的类型的控制信号，并且可将所选择的控制信号输出到所述驱动控制装置。在该方面中，所述信号选择单元形成的所述群组中的每个所述群组均具有当前控制信号和连续的之前控制信号。在该方面中，所述控制信号产生单元可以基于肌电位检测单元检测到的所述肌电位产生控制信号，并且当将基于所述脑活动信息产生的控制信号与基于所述肌电位产生的控制信号相比较并且当它们彼此不同时，所述驱动控制单元根据基于所述肌电位产生的控制信号来对所述移动体进行驱动控制或使所述移动体停止。此外，在该方面中，还可以设置检测用户的肌电位的肌电位检测单元。所述控制信号产生单元可以被配置为能够基于所述肌电位检测单元检测到的所述肌电位产生控制信号。此外，当基于所述脑活动信息的控制内容与基于所述肌电位的控制内容不同时，所述控制信号产生单元可以将表示基于所述肌电位的控制内容的控制信号提供给所述驱动控制单元。此外，在该方面中，所述控制信号产生单元可以利用所述特征值逐次地进行判断， 通过逐次地进行的判断的多个结果中的多数来确定一个控制内容。然后，所述控制信号产生单元可以将表示由所述多数确定的所述控制内容的控制信号提供给所述驱动控制单元。此外，在该方面中，所述脑活动检测单元包括至少三个传感器组。这里，所述至少三个传感器组中的每组包括检测用户的脑电波信号的至少一个传感器。在该情况下，当基于由各个所述传感器组检测到的所述脑活动信息的控制内容彼此不同时，所述控制信号产生装置可以通过多数来确定一个控制内容，并且可以将表示由所述多数确定的所述控制内容的所述控制信号提供给所述驱动控制装置。此外，在该方面中，还可以设置感知装置，其用于基于由所述控制信号产生单元产生的控制信号来允许用户感知控制结果，并且所述感知单元可以是使控制结果可视化的视觉反馈单元。另一方面，为了实现上述目的，本发明的另一方面是一种移动体控制方法，包括 脑活动检测步骤，其检测用户的脑活动信息；脑信号分离步骤，其从所述脑活动检测步骤中检测到的所述脑活动信息将伪迹成分分离；特征值计算步骤，其在所述脑信号分离步骤中将所述伪迹成分分离出的所述脑活动信息中，以交叠方式使用于提取脑数据的采样时段以预定间隔滑动，并分别计算对于在通过滑动获得的各个所述采样时段内的所述脑数据的特征值；控制信号产生步骤，基于所述特征值计算步骤中计算得到的所述特征值产生控制信号；以及驱动控制步骤，根据所述控制信号产生步骤中产生的控制信号来对其上有用户在驾乘的移动体进行驱动控制。发明的有利效果根据本发明，在移动体控制装置和移动体控制方法中，可以在简化控制过程的同时实现高精度控制。
图1是示出根据本发明的第一实施例的移动体控制装置的系统结构的示例的框图；图2是示出从上方观察时用户的头部的视图，并且示出了布置在头部上的五个电极；图3A是示出脑数据的示例的图线，在该脑数据中，以规则的小间隔来划分各脑电波信号的采样时段；图;3B示出其中以交叠方式使脑电波信号X的采样时段以每个预定短时间滑动的状态的示例；图4是示出根据本发明第一实施例的移动体控制装置的控制处理流程的示例的流程图；图5是示出根据本发明的第二实施例的移动体控制装置的系统结构的示例的框图；图6是示出根据本发明的第三实施例的移动体控制装置的系统结构的示例的框图；图7是示出根据本发明的第三实施例的控制信号产生单元的信号选择单元的选择方法的示例的视图；图8是示出根据本发明的第四实施例的移动体控制装置的系统结构的示例的框图；并且图9是示出根据本发明的第五实施例的移动体控制装置的系统结构的示例的框图。
具体实施例方式以下将参照附图通过实施例描述实施本发明的最佳实施方式。(第一实施例)图1是示出根据本发明的第一实施例的移动体控制装置的系统结构的示例的框图。根据第一实施例的移动体控制装置10控制移动体(例如电动轮椅)11的驱动，移动体 11在用户在其上驾乘的情况下移动。移动体控制装置10包括脑电仪1、教师信号产生单元 2、脑信号分离单元3、控制信号产生单元4、驱动控制单元5和视觉反馈单元6。注意，移动体控制装置10配置有微型计算机作为中心。微型计算机包括作为主要硬件构件的CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和RAM(随机访问存储器)，CPU执行控制处理、运算处理等，ROM存储由CPU执行的控制程序、运算程序等，RAM临时存储处理数据等。脑信号分离单元3、控制信号产生单元4、驱动控制单元5、视觉反馈单元6和后述的停止判定单元22例如通过存储在ROM中并由CPU执行的软件来实现。脑电仪(脑活动检测单元)1例如包括布置在用户的头部上的五个电极la、lb、lc、 Id和Ie (图2)，并且测量和检测用户的头部的主运动区域附近的脑活动信息。各个电极Ia 至Ie可以检测作为脑活动信息的脑电波信号，例如θ波(4 8Ηζ)、α波(8 12Ηζ)、β 波(12 40Hz)。脑电仪1的电极Ia至Ie将测量得到的用户脑电波信号Xl (t)、X2 (t)、 X3(t)、X4(t)、)(5(t)( “t”表示时间)分别输出给脑信号分离单元3。教师信号产生单元2为脑信号分离单元3和控制信号产生单元4中的每一者产生教师信号，如后文所述。教师信号产生单元2包括姿态传感器(例如陀螺传感器或加速度传感器)，其可检测用户的头部的姿态值(侧倾角、俯仰角、横摆角等)。教师信号产生单元 2基于姿态传感器检测得到的用户的姿态值来产生教师信号。脑信号分离单元3首先将来自脑电仪1的电极Ia至Ie的脑电波信号放大，并将放大的信号转换为数字信号。此外，脑信号分离单元3执行适应性滤波处理，其用于通过利用盲信号分离算法来从被放大并被转换为数字信号的各个脑电波信号将伪迹(artifact)成分分离和移除。因此，从脑电波信号中将除脑活动外的由心肌、眼肌等引起的噪声信号(伪迹)移除。这可以提高脑电波信噪比并可以检测高精度的脑电波信号。应注意，盲信号分离算法是基于AMUSE方法的公知的信号分离算法，因此省略对其的描述。此外，脑信号分离单元3可以基于从教师信号产生单元2输入的教师信号、通过利用学习算法(例如神经网络)来预先学习在用户(其在移动体11上驾乘)的脑电波信号中所包含的伪迹成分，并且可以针对各个用户构建最佳滤波器。由此，伪迹成分可以根据各个用户的特性而高精度地从脑电波信号中分离出。脑信号分离单元3将其中将伪迹成分分离出的脑电波信号输出到控制信号产生单元4。控制信号产生单元4基于来自脑信号分离单元3的脑电波信号产生控制信号(例如，前进信号、后退信号、右转信号或左转信号)用于对移动体11进行驱动控制(例如，前进控制、后退控制、右转控制或左转控制)。控制信号产生单元4基于由短时间序列构成的脑电波信号Xl (t)、X2 (t)、X3 (t)、 X4(t)J5(t)、通过CSP方法(共同空间模式方法)连续地计算特征值fp。然后，控制信号产生单元4基于计算的特征值fp连续地产生控制信号。
如图3A所示，控制信号产生单元4首先在每个脑电波信号&(0 (n= 1 5)中设定与间隔Tl对应的帧，并计算每个脑电波信号在间隔Tl内的fsXTl(fs 采样频率)个点处的值(脑数据)Dn(1)至Dn(fsXTl)。如上所述，控制信号产生单元4分别从脑电仪1的电极 Ia 至 Ie 的信号乂1(0、乂2(0、乂3(0、乂4(0、乂5(0 提取脑数据 Dl (1)至 Dl (fs X Tl)、 D2(l)至 D2(fsXTl)、D3(l)至 D3 (fs X Tl)、D4 (1)至 D4 (fs X Tl)、D5 (1)至 D5(fsXTl)。 然后，控制信号产生单元4基于提取的脑数据产生5 (电极数)X f s X Tl (采样时段Tl内的脑数据项数)的矩阵E。
权利要求
1.一种移动体控制装置，包括脑活动检测装置，其用于检测用户的脑活动信息；脑信号分离装置，其用于从由所述脑活动检测装置检测到的所述脑活动信息将伪迹成分分离；控制信号产生装置，其用于在被所述脑信号分离装置将所述伪迹成分分离出的所述脑活动信息中，以交叠方式使用于提取脑数据的采样时段以预定间隔滑动，分别计算对于在通过滑动获得的各个所述采样时段内的所述脑数据的特征值，并且基于计算得到的所述特征值产生控制信号；以及驱动控制装置，其用于根据由所述控制信号产生装置产生的控制信号来对其上有用户在驾乘的移动体进行驱动控制。
2.根据权利要求1所述的移动体控制装置，还包括用于产生教师信号的教师信号产生装置，其中，所述脑信号分离装置利用由所述教师信号产生装置产生的所述教师信号来执行学习，并且根据用户将所述伪迹成分分离。
3.根据权利要求1或2所述的移动体控制装置，还包括用于产生教师信号的教师信号产生装置，其中，所述控制信号产生装置通过利用由所述教师信号产生装置产生的所述教师信号来计算所述特征值与所述控制信号之间的对应关系，并且基于所述特征值和计算得到的所述对应关系来产生所述控制信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的移动体控制装置，还包括肌电位检测装置，其用于检测用户的肌电位；以及停止判定装置，其用于基于由所述肌电位检测装置检测到的所述肌电位来判定是否使所述移动体停止，其中，当所述停止判定装置判定为要使所述移动体停止时，所述驱动控制装置控制所述移动体以使所述移动体停止。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的移动体控制装置，其中，当所述驱动控制装置连续地从所述控制信号产生装置接收到相同的控制信号达述驱动控制装置连续地从所述控制信号产生装置接收到相同的控制信号达预定次数或更多时，所述驱动控制装置执行与所述控制信号对应的控制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的移动体控制装置，其中，所述脑活动检测装置包括检测用户的脑电波信号的多个传感器，并且所述控制信号产生装置在由所述多个传感器检测到的且将所述伪迹成分分离出的多个所述脑电波信号中，以交叠方式使用于提取脑数据的采样时段以预定间隔滑动，分别计算对于在通过滑动获得的各个所述采样时段内的所述脑数据的特征值，并且基于计算得到的多个所述特征值产生多个控制信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的移动体控制装置，其中，所述控制信号产生装置包括信号产生单元，其基于计算得到的所述特征值并基于预定的在所述特征值与所述控制信号之间的对应关系，连续地产生与所述特征值对应的控制信号；以及信号选择单元，其将由所述信号产生单元连续地产生的所述控制信号分成群组，从每个所述群组选择至少一个控制信号，并且将所选择的所述控制信号输出到所述驱动控制装置，其中每个所述群组具有预定数目的连续的控制信号。
8.根据权利要求7所述的移动体控制装置，其中，所述信号选择单元针对各个所述群组选择每个所述群组中数目最多的类型的控制信号，并且将所选择的控制信号输出到所述驱动控制装置。
9.根据权利要求7或8所述的移动体控制装置，其中，所述信号选择单元形成的所述群组中的每个所述群组均具有当前控制信号和连续的之前控制信号。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的移动体控制装置，还包括用于检测用户的肌电位的肌电位检测装置，其中，所述控制信号产生装置能够基于所述肌电位检测装置检测到的所述肌电位产生所述控制信号，并且当基于所述脑活动信息的控制内容与基于所述肌电位的控制内容不同时，所述控制信号产生装置将表示基于所述肌电位的控制内容的所述控制信号提供给所述驱动控制装置。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的移动体控制装置，其中，所述控制信号产生装置利用所述特征值逐次地进行判断，通过逐次地进行的判断的多个结果中的多数来确定一个控制内容，并且将表示由所述多数确定的所述控制内容的所述控制信号提供给所述驱动控制装置。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的移动体控制装置，其中所述脑活动检测装置包括至少三个传感器组，所述至少三个传感器组中的每组包括检测用户的脑电波信号的至少一个传感器，并且当基于由各个所述传感器组检测到的所述脑活动信息的控制内容彼此不同时，所述控制信号产生装置通过多数来确定一个控制内容，并且将表示由所述多数确定的所述控制内容的所述控制信号提供给所述驱动控制装置。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的移动体控制装置，还包括感知装置，其用于基于由所述控制信号产生装置产生的控制信号来允许用户感知控制结果。
14.根据权利要求13所述的移动体控制装置，其中，所述感知装置是使所述控制结果可视化的视觉反馈单元。
15.一种移动体控制方法，包括脑活动检测步骤，其检测用户的脑活动信息；脑信号分离步骤，其从所述脑活动检测步骤中检测到的所述脑活动信息将伪迹成分分离；特征值计算步骤，其在所述脑信号分离步骤中将所述伪迹成分分离出的所述脑活动信息中，以交叠方式使用于提取脑数据的采样时段以预定间隔滑动，并分别计算对于在通过滑动获得的各个所述采样时段内的所述脑数据的特征值；控制信号产生步骤，其基于所述特征值计算步骤中计算得到的所述特征值产生控制信号；以及；驱动控制步骤，其根据所述控制信号产生步骤中产生的所述控制信号来对其上有用户在驾乘的移动体进行驱动控制。
全文摘要
移动体控制装置包括脑活动检测单元，用于检测用户的脑活动信息；脑信号分离单元，用于从检测到的用户的脑活动信息中将伪迹成分分离；控制信号产生单元，用于将从不包括伪迹成分的脑活动信息中提取脑数据的采样时段错开预定的时段，在将采样时段彼此交叠的情况下，计算错开的采样时段期间检测的脑数据的特征值，并根据计算得到的特征值产生控制信号；以及驱动/控制单元，用于根据产生的控制信号对其上或其中有用户在驾乘的移动体进行驱动控制。
文档编号B60K26/02GK102202569SQ20098014341
公开日2011年9月28日 申请日期2009年9月18日 优先权日2008年10月29日
发明者安德则耶·斯科奇, 山田整, 崔圭完, 江部和俊, 高谷智哉 申请人:丰田自动车株式会社, 独立行政法人理化学研究所