OpenBCI 项目：脑机接口控制的外骨骼系统

全球目前有超过10亿残障人士，其中1500万人患有瘫痪。瘫痪患者常被告知可能无法恢复行动能力，而缺乏创新解决方案使他们甚至无法完成行走等基本日常活动，不得不依赖他人照护。瘫痪可分为以下不同类型：

• 单瘫：影响单侧手臂或腿部

• 偏瘫：影响身体一侧（包括手臂和腿部）

• 截瘫：影响双下肢

• 四肢瘫：影响四肢

BCI外骨骼是一种假肢系统，旨在改善截肢患者及运动功能受限者（如脑性瘫痪、肌营养不良症患者）的生活质量。

1. 项目内容

我正在开发一款脑控外骨骼手臂，帮助手臂活动困难者（如瘫痪患者）重建运动控制。该设备通过头戴式传感器检测脑信号，经处理后转换为外骨骼的具体动作指令。当使用者想象手臂运动时，外骨骼会解析这些意念，驱动机械臂模拟自然动作。

2. OpenBCI 工具应用

本项目利用OpenBCI技术监测脑信号，并将其转化为外骨骼控制指令。通过生物传感套件，结合多种硬件与软件工具实现多功能应用。以下是各OpenBCI设备的具体用途：

• 支持16通道信号采集，用于检测F3、F4、C3等12个通道的运动相关电位

• 高分辨率脑波信号支持不同脑区电活动的详细分析，结合Mark IV EEG头戴设备确保精度

• 兼容Cyton+Daisy板，提供16通道高质量脑信号采集

• 多尺寸设计与舒适性适配不同用户，预组装版本节省调试时间

• 在全头戴设备不适用时使用，提升实验效率

• 柔性轻便设计适用于初步试验或原型开发场景

• 与EEG头戴设备配合，确保头皮接触质量，提升信号清晰度

• 监测肌肉活动（EMG）与心电信号（ECG），关联运动意图与生理状态

• 提升数据采集便捷性，适用于户外演示等场景

• 通过心率数据关联脑活动，分析情绪状态与身体负荷对脑信号的影响

3. 项目重要性

本项目直面手臂功能丧失者的需求，通过脑控外骨骼帮助其重获日常活动自主性。将外骨骼作为身体延伸，使用者仅通过思维即可与环境互动，具有重要康复意义与社会价值。

4. 项目参与方

目前由我独立推进，但欢迎合作意向。如有兴趣可通过文末联系方式沟通。

5. 了解更多

项目更新定期发布于LinkedIn与Medium平台，可通过以下链接关注：

• LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/aarav-sharma/

• Medium: https://medium.com/@aaravsharma23

• 邮箱: aaravsharma23@gmail.com

进展更新（2025年4月1日）

已实现通过肌电图（EMG）控制外骨骼手臂。机械响应与肌肉活动同步，验证了基础控制链路的可行性。

进展更新（2025年2月5日）

• 基于开源结构调整电极布局，使16个电极聚焦于前额叶、运动皮层及运动带（对应10-20系统中的Fp1、Fp2、C3等关键位点）

• 通过3D打印定制部件优化电极定位

• 使用BrainFlow API与Matplotlib库绘制EEG信号，设定阈值检测眨眼动作（公式：y = C）

• 开发眨眼触发角色跳跃的演示项目，初步验证BCI控制逻辑

• 采用腱驱动设计，每根手指穿入粗线，由MG995R位置伺服电机控制

• 使用Fusion 360进行CAD建模，通过Adventurer 5M Pro打印机完成构件3D打印

• 依据个人手臂尺寸定制化设计，确保人机工学匹配

• 伺服电机通过Arduino供电，配合舵机测试器实现初步控制

• 完成机械臂组装与线缆布线（见图示及YouTube演示视频）