基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及一種控制方法及控制裝置，更具體地，涉及一種基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著科技水平的提高，對(duì)腦電波研究越來(lái)越深，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。而在輔助高齡老人和殘疾人的設(shè)備中，依賴肌肉、身體動(dòng)作或者聲音指令以及腦電波對(duì)輪椅進(jìn)行控制的技術(shù)受到高度關(guān)注。人腦是行為活動(dòng)的控制中心，讓機(jī)器直接受到大腦的控制是無(wú)數(shù)行動(dòng)不便者的心愿，可以讓他們像普通人一樣更簡(jiǎn)單自由的實(shí)現(xiàn)自己的想法。而近幾年也涌現(xiàn)了很多腦電波輪椅的項(xiàng)目，都是單獨(dú)使用腦電波對(duì)輪椅進(jìn)行控制，在準(zhǔn)確度方面幾乎都不能達(dá)到要求，但是很多老年人和殘疾人依然非常關(guān)注和支持這個(gè)領(lǐng)域。
[0003]由于當(dāng)前腦電波采集技術(shù)很不成熟，導(dǎo)致很多腦電波控制隨機(jī)性很大，而且很容易受到干擾，非常不穩(wěn)定。而且國(guó)內(nèi)外相關(guān)腦電波采集傳感器均在精度和便攜性方面存在矛盾:使用高精度的腦電波采集設(shè)備要求用戶剃光頭發(fā)，并且在腦袋上涂抹硅膠，佩戴也不方便，因此不能被大多數(shù)人接受;而使用的精度的腦電波采集傳感器則佩戴方便而且外表美觀，但是由于采集的精度過(guò)低以及干擾很大，已經(jīng)無(wú)法從中分析出多種用戶的實(shí)際想法，只能簡(jiǎn)單的判別用戶前額思維的波段范圍。因而純粹使用腦電波控制的輪椅只存在于實(shí)驗(yàn)室而無(wú)法投入生產(chǎn)，而且在使用的時(shí)候，使用者需要時(shí)刻高度集中注意力，這就給殘障人士增加了很多負(fù)擔(dān)。
[0004]綜上所述，現(xiàn)階段大腦控制輪椅需求旺盛，而純粹腦電波控制的輪椅短期無(wú)法投入生產(chǎn)而且易用性很差，因此尋求一種通過(guò)大腦控制輪椅的解決方案迫在眉睫。因此本發(fā)明提出一種結(jié)合腦電波和頭部動(dòng)作的輪椅控制方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置，解決腦電波控制輪椅的易用性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法，其特征在于，采用腦電波結(jié)合用戶頭部動(dòng)作來(lái)控制輪椅，其中腦電波用于控制輪椅的啟停，用戶頭部動(dòng)用于控制輪椅的運(yùn)動(dòng)方式。
[0007]基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法，所述控制方法包括:
[0008]步驟一:采集腦電波信息，分析用戶是否想要啟動(dòng)輪椅；當(dāng)檢測(cè)到用戶大腦發(fā)出啟動(dòng)輪椅命令時(shí)，啟動(dòng)輪椅并等待用戶的方向控制；
[0009]步驟二:當(dāng)輪椅處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，用戶通過(guò)頭部動(dòng)作控制輪椅的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左如進(jìn)、左后退、右如進(jìn)、右后退;保持頭部動(dòng)作實(shí)現(xiàn)輪椅持續(xù)運(yùn)動(dòng)，頭部動(dòng)作恢復(fù)原位后，輪椅暫停動(dòng)作，恢復(fù)到等待用戶的方向控制狀態(tài)；
[0010]步驟三:當(dāng)檢測(cè)到大腦發(fā)出停止命令時(shí)，輪椅停止工作；[0011 ]步驟四:當(dāng)輪椅停止工作后，除非重新發(fā)出啟動(dòng)命令，否則頭部動(dòng)作不能實(shí)現(xiàn)對(duì)輪椅的控制。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法所述的腦電波信息和頭部動(dòng)作的采集通過(guò)單個(gè)頭戴設(shè)備完成。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法所述的用戶頭部動(dòng)作與輪椅運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可自由對(duì)應(yīng)。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法所述的在輪椅的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，持續(xù)檢測(cè)用戶的腦電波狀態(tài)和頭部動(dòng)作，當(dāng)無(wú)法檢測(cè)到腦電波時(shí)，輪椅停止工作。
[0015]采用上述基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法的控制裝置，所述控制裝置包括多軸傳感器、腦電波米集模塊、輪椅控制器、處理器、電機(jī)、輪椅和電池，其中多軸傳感器和腦電波采集模塊集成在單個(gè)頭戴裝置上，并連接在處理器的輸入端，輪椅控制器連接在處理器的輸出端，輪椅控制器的輸出端連接有多個(gè)電機(jī)，輪椅控制器、處理器和電機(jī)均固定在輪椅上。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制裝置所述的多軸傳感器為MPU6050多軸陀螺儀。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制裝置所述的腦電波采集模塊采用TGAM模塊。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制裝置所述的輪椅控制器采用H橋?qū)崿F(xiàn)，通過(guò)四個(gè)MOS管的開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)，配合PffM控制旋轉(zhuǎn)的速度。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制裝置所述的多軸傳感器和腦電波采集模塊的信息通過(guò)無(wú)線或者有線方式傳輸給處理器。
[0020]控制效果:本發(fā)明所述基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法，其控制方式采用腦電波啟動(dòng)和停止輪椅，無(wú)需擔(dān)心干擾，以目前的腦電波研究成果實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)命令穩(wěn)定性非常好。而使用頭部動(dòng)作控制輪椅的前后左右及其組合的八個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，用戶無(wú)需集中注意力即可輕松控制輪椅的運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上的測(cè)試結(jié)果表明該方案控制過(guò)程輕松，相對(duì)于傳統(tǒng)的手動(dòng)控制的輪椅而言更方便。本發(fā)明可以用在殘障人士 (特別是手腳都不靈活的人士)的出行輔助設(shè)備(電動(dòng)輪椅、代步車等)以及其他控制領(lǐng)域，如娛樂(lè)、航拍控制、機(jī)械骨骼等。
[0021]本發(fā)明解決了腦電波控制輪椅需要長(zhǎng)期集中注意力并且控制不穩(wěn)定的問(wèn)題，并兼顧了便攜性和用戶使用體驗(yàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0023]圖1為本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖3為本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置的控制流程圖。
[0026]圖4為圖1中的腦電波采集模塊2的接線示意圖。
[0027]圖5為輪椅控制分析原理示意圖。
[0028]圖6為輪椅控制分析流程圖。
[0029]圖7為圖1中多軸傳感器I的接線示意圖。
[0030]圖8為本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置的原理圖一。
[0031]圖9為本發(fā)明基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法及控制裝置的原理圖二。
[0032]圖中:多軸傳感器I；腦電波采集模塊2;輪椅控制器3;處理器4;輪椅5。
【具體實(shí)施方式】
[0033]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1、2、3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于腦電波結(jié)合頭部動(dòng)作的輪椅控制方法，采用腦電波結(jié)合用戶頭部動(dòng)作來(lái)控制輪椅，其中腦電波用于控制輪椅的啟停，無(wú)需擔(dān)心干擾;用戶頭部動(dòng)用于控制輪椅的運(yùn)動(dòng)方式，使用頭部動(dòng)作控制輪椅的前后左右及其組合的八個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，用戶無(wú)需集中注意力即可輕松控制輪椅的運(yùn)動(dòng)。
[0034]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1、2、3、4、5、6、7、8、9說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述控制方法包括:
[0035]步驟一:采集腦電波信息，分析用戶是否想要啟動(dòng)輪椅；當(dāng)檢測(cè)到用戶大腦發(fā)出啟動(dòng)輪椅命令時(shí)，啟動(dòng)輪椅并等待用戶的方向控制；
[0036]步驟二:當(dāng)輪椅處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，用戶通過(guò)頭部動(dòng)作控制輪椅的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左如進(jìn)、左后退、右如進(jìn)、右后退;保持頭部動(dòng)作實(shí)現(xiàn)輪椅持續(xù)運(yùn)動(dòng)，頭部動(dòng)作恢復(fù)原位后，輪椅暫停動(dòng)作，恢復(fù)到等待用戶的方向控制狀態(tài)；
[0037]步驟三:當(dāng)檢測(cè)到大腦發(fā)出停止命令時(shí)，輪椅停止工作；
[0038]步驟四:當(dāng)輪椅停止工作后，除非重新發(fā)出啟動(dòng)命令，否則頭部動(dòng)作不能實(shí)現(xiàn)對(duì)輪椅的控制。
[0039]使用一個(gè)頭部繼承的設(shè)備(比如帽子)將腦電波采集模塊2和多軸傳感器I連接在一起，將腦電波采集模塊2和多軸傳感器I采集的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳遞給處理器4，處理器4根據(jù)采集到的腦電波數(shù)據(jù)和頭部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析出用戶的命令然后傳遞給輪椅控制器3，輪椅控制器3控制輪椅執(zhí)行。CPU通過(guò)串口中斷持續(xù)計(jì)算接收到的腦電波幅度值，當(dāng)檢測(cè)到腦電波的幅度值大于閾值時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，在檢測(cè)到再次低于該閾值時(shí)停止計(jì)數(shù)。然后分析計(jì)數(shù)值的大小，如果計(jì)數(shù)值長(zhǎng)度大于某一個(gè)閾值則判決為輪椅啟動(dòng)命令，開(kāi)始啟動(dòng)輪椅。
[0040]腦電波采集模塊2可以采用TGAM模塊，腦電波分析算法可以采用眨眼檢測(cè)算法，允許用戶眨眼時(shí)帶動(dòng)的腦電波波動(dòng)啟動(dòng)和停止輪椅。
[0041 ]多軸傳感器I可以采用現(xiàn)有的陀螺儀等模塊，例如MPU6050模塊，頭部動(dòng)作的檢測(cè)可以根據(jù)輸出Χ、γ、ζ軸旋轉(zhuǎn)角度值通過(guò)閾值判斷。
[0042]輪椅控制器3可以采用H橋?qū)崿F(xiàn)，通過(guò)四個(gè)MOS管的開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)，配合PffM控制旋轉(zhuǎn)的速度，即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)控制。
[0043]由于腦電波采集模塊2和多軸傳感器I輸出均為串行數(shù)據(jù)，輪椅控制器3和頭戴設(shè)備的連接可以使用有線或者無(wú)線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為了用戶使用方便，可以使用無(wú)線藍(lán)牙HC-05傳輸。當(dāng)使用有線連接的時(shí)候，直接使用串口傳輸數(shù)據(jù)，將TGAM模塊和MPU6050的TX連接到CPU的RX接線上即可，在CPU端配置對(duì)應(yīng)的串口波特率即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。當(dāng)使用無(wú)線連接，比如HC-05藍(lán)牙的時(shí)候，將配對(duì)好的藍(lán)牙分別接到CPU的RX和TGAM以及MPU6050的TX，上電后TGAM和MPU6050的數(shù)據(jù)將自動(dòng)發(fā)送到CPU串口緩沖里面。
[0044]開(kāi)機(jī)后，輪椅處于停止?fàn)顟B(tài)，并不斷接收來(lái)至TGAM模塊輸入的串口數(shù)據(jù)，并判斷串口輸出的腦電波采樣值是否大于閾值。當(dāng)檢測(cè)到腦電波幅度值超過(guò)閾值時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，每來(lái)一個(gè)串口數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器加I，當(dāng)發(fā)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)低于閾值的時(shí)候檢查計(jì)數(shù)器的值，判斷是否大于設(shè)定的閾值