一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，该系统通过持续性注意力与单或多手指指尖指力聚焦活动的训练，并通过自适应算法自动调节训练任务的难度适应用户不断提高的控制能力或者不同人的个体差异，同时，使用户对训练任务的积极性以及注意力的投入都始终维持在一个最高水平，从而达到提高目标人群的注意力与指力控制的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及注意力、多手指连续按压的精确力控制训练
，尤其涉及一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统。
技术介绍
对注意力要求非常高的特种职业人员，如飞行员，赛车手，机场塔台空中交通管制等专业人员需要具备高度的注意力控制能力，以保证关键任务的执行的力控制及时间的精准性。不言而喻，提高注意力的专注度，将提高职员的工作效率，故注意力训练对普通成年人或企事业单位的人力资源部门的培训也都大有裨益。现行的注意力控制训练装置的适用对象通常是针对于特定的人群，如技术专利CN205127306U和CN203838907U均为面向少儿的一种注意力训练器具。这类装置是基于人的视觉感受通道而设计出的结构简单，成本低廉的识图拼图游戏。此外国内外也有一些面向注意力缺陷的老年人而设计的动作视频游戏。这类装置是基于人的视听觉感受通道而设计出的训练系统，任务难度更大，涉及的感觉通道更多，对注意力调用的程度更大。对各类注意力训练方法的调研发现，还有两个方面留有巨大改进空间。一方面，在注意力训练所调用的感觉通道上，力触觉尚未被用于其中。基于大脑感知皮层与躯体的映射关系可知，除了人的视觉和听觉外，力触觉这种更为基本且独特的感知通道，即人既能通过力触觉通道接收刺激信息，还能通过力触觉通道主动地输出反应控制动作。无论盲、聋等特殊群体，还是正常人都具备力触觉感知这一能力。由于视觉通道和听觉通道会有意或无意的接收大量外界信息，而当屏蔽了这两个通道与外界的通信后，只保留触觉通道与外界进行信息交流，人们会更加集中注意力沉浸于通过纯粹触觉通道与外界交流的过程，进一步开发人在执行任务中注意力调用的潜能。另一方面，现有的注意力训练方法在用户自定义的可控性上存在局限性。即便正常人，由于个体差异，对不同的用户，训练任务需设置与自身实时的能力水平相符合的难度。若任务难度太低，训练游戏的成功率经常接近100％，给予用户的成就感越来越低；若是任务难度太高，训练游戏的成功率总是不到50％，将使用户遭受巨大的挫败感，两者均将使后期的训练效果及吸引力必然大打折扣。目前，对于如何监测用户对指定游戏操控能力的实时状态，并据此实时调控训练任务的难度，使用户在训练的游戏中始终获得预设的成功率仍是一个悬而未决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，用于提升注意力与指力控制训练的成效，并具有一定的趣味性。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，包括：主控制模块、手指力采集模块、数据融合模块、AD转换模块及触觉反馈模块；其中，所述主控制模块分别与触觉反馈模块及AD转换模块相连；所述手指力采集模块、数据融合模块及AD转换模块依次相连；在训练之前，所述主控制模块预先设定一个固定目标力F0和初始容差值W0，并确定容差值刷新的最小时间长度t和本次训练的容差值刷新次数K，以此确定本次训练的总时长T，T＝t·K；训练阶段包括初始阶段与难度调节阶段；在训练的初始阶段，所述主控制模块根据预先设定的固定目标力F0和初始容差值W0输出包含有手指力触摸测试的训练任务；然后，由所述手指力采集模块实时的采集与该训练任务相对应一根或多根手指的电压信号，并做为一组电压信号数据依次经由数据融合模块与AD转换模块处理后传输至主控制模块；再由所述主控制模块根据接收到的一组电压信号数据中各个电压信号是否处于固定目标力F0与初始容差值W0组成的目标力容差范围，来控制触觉反馈模块产生相应的振动反馈；当容差值首次刷新时开始进入难度调节阶段，所述主控制模块根据初始阶段时接收到的各组电压信号数据中所有电压信号均处于目标力容差范围累计时长占训练任务持续总时长的百分比，来自适应的调整下一次容差值刷新时容差值的大小，从而调节训练难度，直至到达本次训练的总时长T，结束训练。所述手指力采集模块包括：多个压力传感器以及分别与每一压力传感器相连的电压放大电路；所述压力传感器，用于采集电压信号；所述电压放大电路，用于将电压信号进行放大处理后向外传输。所述触觉反馈模块包括：两种形式的振动马达：其中一种设置在训练者的手指指背上；另一种设置在训练者的颈部；手指指背振动马达的数量与所述手指力采集模块中的压力传感器数量相同；颈部振动马达的数量为一个或多个。所述主控制模块包括：上位机训练信息输入模块与下位机逻辑控制模块；所述上位机训练信息输入模块，用于实现训练之前各项参数的设定，以及输出训练任务的功能；所述下位机逻辑控制模块，用于根据接收到的电压信号是否处于目标力容差范围，来控制触觉反馈模块产生相应的振动反馈。所述控制触觉反馈模块产生相应的振动反馈包括：若一组电压信号数据中所有电压信号均处于目标力容差范围，则颈部振动马达产生按摩式振动反馈；若一组电压信号数据中某一手指对应的电压信号超过目标力容差范围的上限，则相应的手指指背振动马达产生振动反馈；若一组电压信号数据中某一手指对应的电压信号低于目标力容差范围的下限，则无任何振动反馈。所述持续一段时间之后进入难度调节阶段，所述主控制模块根据初始阶段时接收到的各组电压信号数据中所有电压信号均处于目标力容差范围累计时长占训练任务持续总时长的百分比，来自适应的调整下一次容差值刷新时容差值的大小包括：第j次容差值刷新时容差值Wj＝F0·δj；其中，δj为第j次容差值刷新时的相对容差值，其数值大小受控于占空比ηj，表达式如下：δj+1=δj·(1-α),ηj>ηmaxδj+1=δj,ηmin≤ηj≤ηmaxδj+1=δj·(1-α),ηj<ηminδj+1=δmax,δj+1>δmaxδj+1=δmin,δj+1<δmin;]]>上式中，ηmin与ηmax为预设的最小与最大占空比；δmin与δmax为预设的最小与最大相对容差值；α为小于1的系数；所述占空比ηj为各组电压信号数据中所有电压信号均处于目标力容差范围的累计时长，占训练任务开始至第j次容差值刷新之前总时长的百分比。所述主控制模块，还用于在训练任务结束后，计算各组电压信号数据中所有电压信号均处于目标力容差范围累计时长占本次训练的总时长T的百分比，并将计算到的百分比作为本次训练的成绩。该系统还包括：底座，用于固定所述手指力采集模块；抗噪音耳罩，用于在训练过程中，隔绝外界环境的声音干扰；遮光眼罩，用于在训练过程中，隔绝外界环境的视觉干扰。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过这种连续的注意力与指力调节活动的训练，并通过自适应算法自动调节训练任务的难度适应用户不断提高的控制能力或者不同人的个体差异，同时，使用户对训练任务的积极性以及注意力的投入都始终维持在一个最高水平，从而达到提高目标人群的注意力与指力控制的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，其特征在于，包括：主控制模块、手指力采集模块、数据融合模块、AD转换模块及触觉反馈模块；其中，所述主控制模块分别与触觉反馈模块及AD转换模块相连；所述手指力采集模块、数据融合模块及AD转换模块依次相连；在训练之前，所述主控制模块预先设定一个固定目标力F0和初始容差值W0，并确定容差值刷新的最小时间长度t和本次训练的容差值刷新次数K，以此确定本次训练的总时长T，T＝t·K；训练阶段包括初始阶段与难度调节阶段；在训练的初始阶段，所述主控制模块根据预先设定的固定目标力F0和初始容差值W0输出包含有手指力触摸测试的训练任务；然后，由所述手指力采集模块实时的采集与该训练任务相对应一根或多根手指的电压信号，并做为一组电压信号数据依次经由数据融合模块与AD转换模块处理后传输至主控制模块；再由所述主控制模块根据接收到的一组电压信号数据中各个电压信号是否处于固定目标力F0与初始容差值W0组成的目标力容差范围，来控制触觉反馈模块产生相应的振动反馈；当容差值首次刷新时开始进入难度调节阶段，所述主控制模块根据初始阶段时接收到的各组电压信号数据中所有电压信号均处于目标力容差范围累计时长占训练任务持续总时长的百分比，来自适应的调整下一次容差值刷新时容差值的大小，从而调节训练难度，直至到达本次训练的总时长T，结束训练。...

【技术特征摘要】
1.一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，其特征在于，包括：主控制模块、手指力采集模块、数据融合模块、AD转换模块及触觉反馈模块；其中，所述主控制模块分别与触觉反馈模块及AD转换模块相连；所述手指力采集模块、数据融合模块及AD转换模块依次相连；在训练之前，所述主控制模块预先设定一个固定目标力F0和初始容差值W0，并确定容差值刷新的最小时间长度t和本次训练的容差值刷新次数K，以此确定本次训练的总时长T，T＝t·K；训练阶段包括初始阶段与难度调节阶段；在训练的初始阶段，所述主控制模块根据预先设定的固定目标力F0和初始容差值W0输出包含有手指力触摸测试的训练任务；然后，由所述手指力采集模块实时的采集与该训练任务相对应一根或多根手指的电压信号，并做为一组电压信号数据依次经由数据融合模块与AD转换模块处理后传输至主控制模块；再由所述主控制模块根据接收到的一组电压信号数据中各个电压信号是否处于固定目标力F0与初始容差值W0组成的目标力容差范围，来控制触觉反馈模块产生相应的振动反馈；当容差值首次刷新时开始进入难度调节阶段，所述主控制模块根据初始阶段时接收到的各组电压信号数据中所有电压信号均处于目标力容差范围累计时长占训练任务持续总时长的百分比，来自适应的调整下一次容差值刷新时容差值的大小，从而调节训练难度，直至到达本次训练的总时长T，结束训练。2.根据权利要求1所述的一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，其特征在于，所述手指力采集模块包括：多个压力传感器以及分别与每一压力传感器相连的电压放大电路；所述压力传感器，用于采集电压信号；所述电压放大电路，用于将电压信号进行放大处理后向外传输。3.根据权利要求1或2所述的一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，其特征在于，所述触觉反馈模块包括：两种形式的振动马达：其中一种设置在训练者的手指指背上；另一种设置在训练者的颈部；手指指背振动马达的数量与所述手指力采集模块中的压力传感器数量相同；颈部振动马达的数量为一个或多个。4.根据权利要求1所述的一种纯触觉反馈和连续力控制任务结合的注意力训练系统，其特征在于，所述主控制模块包括：上位机训练信息输入模块与下位机逻辑控制模块；所述上位机训练信息输入模块，用于实现训练之前各项参数的设定，以及输出训练任务的功能；所述下位机逻辑控制模块，用于根据接收到的电压信号是否处于目标力容差范围，来控制触觉反馈模块产生相应的振动反馈。5.根据权利要求3所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王党校，李腾，张玉茹，杨潇潇，彭聪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11