一种头戴式眼电操控的智能轮椅及其控制方法技术

本申请公开了一种头戴式眼电操控的智能轮椅及其控制方法，智能轮椅包括头戴设备和轮椅端设备，其中头戴设备中信号采集模块实时采集眼电信号，并对眼电信号进行预处理操作，并模数转化为数字信号；特征提取识别模块进行特征提取识别，得到眼动信息，发送至处理控制单元；处理控制单元根据控制判别算法，识别出用户的控制意图，发出控制指令给轮椅端设备中的运动执行机构；运动执行机构中的电机根据接收的控制指令带动轮椅本体执行对应控制动作；可充电电池给头戴设备和轮椅端设备进行供电。本发明专利技术通过便于使用者佩戴的头戴设备，使用户可通过眼部活动，替代手指实时操作智能轮椅行动，解放双手，使智能轮椅能够适应更多的应用场合。场合。场合。

【技术实现步骤摘要】
一种头戴式眼电操控的智能轮椅及其控制方法


[0001]本专利技术涉及人机交互
，特别涉及一种头戴式眼电操控的智能轮椅及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国社会的进步，保障和提高失能人士的生活质量越来越受到社会各界的普遍关注。有调查显示，增强残障人士和老年人的行动能力，不仅有利于他们日常的便利，而且可以有效的保障他们的心理健康。因此轮椅成为这类失能人士生活所必需的重要工具。传统的轮椅需要用户手摇驱动或由他人推动，非常不便。电动轮椅节省了人力，为用户提供了方便。但目前市面上的大多数电动轮椅依靠手控摇杆来操纵，对于手臂残疾或不便的人士，这种轮椅并不适合。
[0003]随着技术的发展，近年来公开的脑控轮椅和眼控轮椅可以在一定程度上解决这一问题。脑控轮椅可以通过脑电波发出指令控制轮椅的动作。成熟的脑电波信号识别方法主要有运动想象、P300和SSVEP三种范式。其中，运动想象范式需要用户经过较长时间的训练，而P300和SSVEP 范式都需要外部设备提供刺激呈现。目前脑控轮椅的准确度和可靠性仍较差。而眼控轮椅目前主要靠摄像头或眼动仪对用户的眼睛进行拍摄，然后通过图像处理识别到用户的眼动指令。这种方法易受拍摄角度和环境光的影响，且图像处理的运算量较大，在实际应用中实时性难以保证。因此，需要开发一种更加可靠、更具实用性的智能轮椅。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请实施例提供了一种头戴式眼电操控的智能轮椅及其控制方法，用户可通过眼部活动控制轮椅行进，即使手脚都有残疾的患者也能够使用，从而为残疾用户的出行提供方便。
[0005]第一方面，提供了一种头戴式眼电操控的智能轮椅，包括头戴设备和轮椅端设备，其中所述头戴设备包括信号采集模块和特征提取识别模块，所述轮椅端设备包括处理控制单元，运动执行机构，轮椅本体和可充电电池，具体地：
[0006]所述信号采集模块，用于实时采集眼电信号，并对眼电信号进行预处理操作，并通过模数转化器将所述眼电信号转化为数字信号；
[0007]所述特征提取识别模块，与所述信号采集模块电连接，用于获取所述数字信号，并对所述数字信号进行信号识别，将识别出的眼电控制信号进行特征提取及分类得到眼动信息，并将所述眼动信息发送至所述处理控制单元，其中，所述特征提取识别模块与所述处理控制单元通过有线和/或无线方式进行通信；
[0008]所述处理控制单元，与所述运动执行机构电连接，用于接收所述眼动信息，并根据控制判别算法，识别出用户的控制意图，发出控制指令给所述运动执行机构；
[0009]所述运动执行机构，包括设置于轮椅本体上的电机及传动装置，电机根据接收的控制指令带动轮椅本体执行对应控制动作；
[0010]所述可充电电池分别设置于头戴设备和轮椅端设备内部，用于给所述头戴设备和轮椅端设备进行供电。
[0011]可选地，还包括障碍探测模块：所述障碍探测模块与处理控制单元电连接，用于探测轮椅周围障碍物或坑洼处，防止轮椅发生碰撞或跌落。
[0012]可选地，还包括手动操纵装置，所述手动操纵装置与处理控制单元相连，用于当信号采集模块的信号受到干扰时，可替代眼电控制方式操控轮椅行动；
[0013]其中，手动操纵装置还包括制动装置，通过扳动制动装置，可以制动且固定住轮椅。
[0014]可选地，所述信号采集模块中包括连接检测电路和驱动激励电路：
[0015]所述连接检测电路用于检测各眼电电极是否与用户眼周相应位置连接良好；
[0016]所述驱动激励电路用于提高眼电信号采集的共模抑制能力，剔除外界干扰，保障采集信号的质量。
[0017]可选地，所述信号采集模块采用眼电导联的方式与用户眼部相连，眼电极导联可以为Ag/AgCI电极贴片组件，包括单极导联和双极导联两种连接方式。
[0018]可选地，所述信号采集模块还包括：保护器件，放大器，滤波器和基线调整电路；
[0019]所述保护器件，与眼电导联相连，用于保护后级电路，防护人体静电对于后级电路的击穿和/或干扰，防止电路中漏电对人体造成伤害；
[0020]所述放大器，用于对输入的眼电信号进行可控放大，以增强系统共模抑制比的作用；其中，所述放大器选用高输入阻抗的仪表放大器，并采用屏蔽层驱动技术以增强对外界电磁干扰的屏蔽能力；
[0021]所述滤波器，负责滤除眼电信号中混入的无关干扰信号；其中，所述无关干扰信号至少包括工频干扰信号、环境无线电信号、心电信号以及肌电信号；
[0022]所述基线调整电路，用于将眼电模拟信号的中心调整到便于模数转换器采集的幅度。
[0023]第二方面，提供了一种头戴式眼电操控的智能轮椅的控制方法，应用于上述第一方面的智能轮椅，包括：
[0024]S1，通过信号采集模块采集用户的眼电信号，并对眼电信号进行预处理，通过模数转化器将所述眼电信号转化为数字信号；
[0025]S2，对所述数字信号进行数字信号处理，并对所述数字信号进行信号识别，将识别出的眼电控制信号进行特征提取及分类得到眼动信息；
[0026]S3，根据所述眼动信息，根据控制判别算法，识别出用户的控制意图，发出控制指令；
[0027]S4，根据所述控制指令，对轮椅运动执行机构进行控制，驱动轮椅执行对应控制动作。
[0028]可选地，S2中对所述数字信号进行数字信号处理，并对所述数字信号进行信号识别，将识别出的眼电控制信号进行特征提取及分类得到眼动信息，还包括：
[0029]对眼电的数字信号进行消噪和端点检测，并执行预设眼电处理算法，提取出眼电信号特征，对眼电信号分类得到眼动信息。
[0030]可选地，所述控制判别算法，可以包括：
[0031]双眼连续眨眼两次或闭眼超过2s，控制轮椅刹车或停止；
[0032]双眼眨眼一次，之后连续向上扫视两次，为控制轮椅前进；
[0033]双眼眨眼一次，之后连续向下扫视两次，为控制轮椅后退；
[0034]双眼眨眼一次，之后持续向左看，为控制轮椅左转直至眼睛回正；
[0035]双眼眨眼一次，之后持续向右看，为控制轮椅右转直至眼睛回正；
[0036]双眼眨眼一次，之后连续向左扫视两次，为控制轮椅左移；
[0037]双眼眨眼一次，之后连续向右扫视两次，为控制轮椅右移；
[0038]不符合预设眼动模式的眼动行为，认为是用户的无意眼动，不执行任何动作。
[0039]可选地，所述控制方法还包括：
[0040]当信号采集模块采集用户的眼电信号失败时，通过手动操纵装置操控轮椅行动。
[0041]本申请实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术所公开的头戴式眼电操控的智能轮椅，智能轮椅包括头戴设备和轮椅端设备，其中头戴设备包括信号采集模块和特征提取识别模块，轮椅端设备包括处理控制单元，运动执行机构，轮椅本体和可充电电池，通过便于使用者佩戴的头戴设备，用户可通过眼部活动，替代手指实时操作智能轮椅行动，解放双手，使智能轮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种头戴式眼电操控的智能轮椅，其特征在于，所述智能轮椅包括头戴设备和轮椅端设备，其中所述头戴设备包括信号采集模块和特征提取识别模块，所述轮椅端设备包括处理控制单元，运动执行机构，轮椅本体和可充电电池，具体地：所述信号采集模块，用于实时采集眼电信号，并对眼电信号进行预处理操作，并通过模数转化器将所述眼电信号转化为数字信号；所述特征提取识别模块，与所述信号采集模块电连接，用于获取所述数字信号，并对所述数字信号进行信号识别，将识别出的眼电控制信号进行特征提取及分类得到眼动信息，并将所述眼动信息发送至所述处理控制单元，其中，所述特征提取识别模块与所述处理控制单元通过有线和/或无线方式进行通信；所述处理控制单元，与所述运动执行机构电连接，用于接收所述眼动信息，并根据控制判别算法，识别出用户的控制意图，发出控制指令给所述运动执行机构；所述运动执行机构，包括设置于轮椅本体上的电机及传动装置，电机根据接收的控制指令带动轮椅本体执行对应控制动作；所述可充电电池分别设置于头戴设备和轮椅端设备内部，用于给所述头戴设备和轮椅端设备进行供电。2.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，还包括障碍探测模块：所述障碍探测模块与处理控制单元电连接，用于探测轮椅周围障碍物或坑洼处，防止轮椅发生碰撞或跌落。3.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，还包括手动操纵装置，所述手动操纵装置与处理控制单元相连，用于当信号采集模块的信号受到干扰时，可替代眼电控制方式操控轮椅行动；其中，手动操纵装置还包括制动装置，通过扳动制动装置，可以制动且固定住轮椅。4.根据权利要求1所述的智能轮椅，所述信号采集模块中包括连接检测电路和驱动激励电路：所述连接检测电路用于检测各眼电电极是否与用户眼周相应位置连接良好；所述驱动激励电路用于提高眼电信号采集的共模抑制能力，剔除外界干扰，保障采集信号的质量。5.根据权利要求1所述的智能轮椅，所述信号采集模块采用眼电导联的方式与用户眼部相连，眼电极导联可以为Ag/AgCI电极贴片组件，包括单极导联和双极导联两种连接方式。6.根据权利要求1所述的智能轮椅，其特征在于，所述信号采集模块还包括：保护器件，放大器，滤波器和基线调整电路；所述保护器件，与眼电导联相连，用于保护后级电路，防护...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺庆，张云，
申请(专利权)人：北京数采精仪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：