CN106618610B - 一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，包括头盔、眼镜架、主控板、显示屏、头盔固定绑带，所述头盔固定绑带通过绑带固定环与头盔连接，所述主控板、眼镜架安装于头盔内，主控板固定于头盔内前侧，所述显示屏通过螺柱固定于主控板上，所述眼镜架设于显示屏后侧，所述头盔上侧设有电极固定绑带，所述电极固定绑带内侧附着有脑电波检测电极，所述头盔上端设有卡槽，所述电极固定绑带通过设于其下端的插卡部与所述卡槽固定连接，所述头盔固定绑带、电极固定绑带分别固定在脑后，使头盔佩戴稳定且脑电波检测电极贴紧前额。本发明无需专门人员陪同且不限场地，具有训练方式简单、训练项目科学、评价依据客观等优点。

Description

一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体地，涉及一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统。

背景技术

害羞儿童在社会情景中会感到焦虑和紧张，因而缺乏与他人的互动，同时也容易受到同伴的忽视。为了帮助害羞儿童更好发展，获得必要的社会技能，有必要对之进行干预。目前的害羞儿童社会技能训练主要由专门人员进行，这需要投入大量的人力物力。这种训练需要专人负责，投入费用大，其效果评价主要基于专门人员的主观感受，评价主观性大，并不能客观反映训练效果，从而会影响到后续干预的进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，包括头盔、眼镜架、主控板、显示屏、头盔固定绑带，所述头盔固定绑带通过绑带固定环与头盔连接，所述主控板、眼镜架安装于头盔内，主控板固定于头盔内前侧，所述显示屏通过螺柱固定于主控板上，所述眼镜架设于显示屏后侧，所述头盔上侧设有电极固定绑带，所述电极固定绑带内侧附着有脑电波检测电极，所述头盔上端设有卡槽，所述电极固定绑带通过设于其下端的插卡部与所述卡槽固定连接，所述头盔固定绑带、电极固定绑带分别固定在脑后，使头盔佩戴稳定且脑电波检测电极贴紧前额。脑电波检测电极可以采集参与训练人员的脑电波，脑电波数据传送至主控板可以分析出注意力信息。

优选的，所述眼镜架上固定有多个红外光发生器、多个摄像头、2个镜片、显示罩，所述眼镜架设有左右两个镜片安装孔，2个镜片分别固定安装于所述镜片安装孔，红外光发生器、摄像头分别安装于两个镜片安装孔外侧，朝向佩戴者眼睛，所述显示罩设于镜片安装孔与显示屏之间。红外光发射器发射红外光到参与训练的人员眼睛，摄像头捕捉测试者的眼动轨迹并将数据发送给主控板，从而实现视线追踪。

优选的，为了实现调焦功能，所述眼镜架通过可调节装置与头盔配合连接，所述头盔内侧壁上设有导槽，所述眼镜架外侧设有与导槽相配合的凸耳，所述眼镜架沿导槽可在头盔内进出移动。

优选的，所述可调节装置包括相互配合的涡轮蜗杆机构、齿轮齿条机构，所述涡轮蜗杆机构包括蜗杆、涡轮、蜗轮轴，所述齿轮齿条机构包括支撑座、齿轮、齿条，所述涡轮共轴固定于涡轮轴中部，涡轮轴两端分别设有支承座、齿轮，所述支承座与头盔固定连接，所述涡杆上设有与涡轮相配合的螺旋线，所述蜗杆的一端通过设于头盔上的调节旋钮孔露出，所述齿条固定于眼镜架底部，与齿轮相配合连接，转动蜗杆时，涡轮带动涡轮轴及齿轮在支撑座限制下旋转，使齿轮与齿条发生相对位移，由齿条带动眼镜架在头盔内进出移动。

优选的，所述通过调节旋钮孔露出的蜗杆端的端头设有一字或十字凹槽。使用时，根据佩戴效果，通过外部一字或十字螺丝刀调整蜗杆，由蜗杆驱动涡轮转动，进而带动齿轮一起转动，驱动齿条作直线运动。由于齿条和眼镜架固定在一起，这样便能驱动眼镜架沿着导槽移动，从而改变显示屏在显示罩内的位置，进而达到调焦功能。由于蜗杆和涡轮的自锁作用，焦距调整完毕后不会出现松动情况。

优选的，所述头盔外侧设有充电插孔、USB接口、音频接口。充电插孔用于给该头戴终端系统充电用，USB接口用于下载游戏程序以及备份数据、扩展外围设备，音频接口与外接耳麦连接实现音频输入输出。

优选的，所述头盔后侧边沿外设有海绵垫，以提高佩戴舒适性。

优选的，所述主控板上集成有陀螺仪和加速度传感器，用于监测佩戴者位移、运动情况，实现运动姿态估计功能。

优选的，所述主控板上集成有嵌入式控制中心电路，所述嵌入式控制中心电路分别与脑电波检测电极、陀螺仪、加速度传感器、摄像头、音频接口、充电接口、USB接口连接，该系统中所有的信号采集与输出均通过嵌入式控制中心电路处理完成。

优选的，所述面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，包括互动游戏库、评价系统，所述互动游戏库包括眼神交流训练、自我介绍训练、同步互动训练、情绪管理训练、问题解决训练五个互动游戏，所述评价系统包括语音识别、视线追踪、运动姿态估计、注意力检测及其他生理数据为依据评价训练效果的评价子系统，所述五个互动游戏库各自集成了不同难度等级的具体游戏内容，训练合格与否的评价依据为通过语音识别、视线追踪、运动姿态估计、注意力检测采集到的生理数据，当受训儿童无法通过某次训练时，系统会自动降低游戏难度；语音识别通过外接耳麦连到音频接口实现；运动姿态估计通过集成在主控板上的陀螺仪和加速度传感器对参与训练的人进行感知；嵌入式控制中心电路根据游戏内容以及采集到的参与训练人员的实时生理数据生成对应的游戏画面输出给显示屏；人眼通过镜片观看显示屏可以产生沉浸式体验；通过USB接口，用户可以外接其他生理采集传感器，这样便可以获得更丰富的数据。

优选的，所述眼神交流训练具体包括如下步骤：

S11.通过系统内置不同面孔的卡通人物形象，随机选择或指定人物形象后，系统会通过显示屏以及语音方式提示儿童进行眼神交流；

S12.当与卡通形象的眼神交流达到一定时间以后，认为训练达标；

S13.当儿童无法有效进行眼神交流时，卡通人物会用不同方式进行提示，直到受训儿童完成训练或降低游戏难度为止；

S14.眼神训练完成后卡通人物会通过虚拟化形式对儿童进行表扬。

优选的，所述自我介绍训练具体包括如下步骤：

S21.系统首先会通过卡通人物进行自我介绍的方式演示，而后受训儿童选择自己喜欢的卡通人物并与之对话；

S22.主要由卡通人物进行引导提问，让受训儿童做相应自我介绍；

S23.自我介绍训练达标后卡通人物会通过虚拟化形式对儿童进行表扬。

优选的，所述同伴互动训练具体包括如下步骤：

S31.在系统内置的多种同伴互动场景中选择场景；

S32.系统首先进行演示，引出或提及要做的事情；

S33.受训儿童根据系统要求完成对应的任务；

S34.同步互动训练合格后卡通人物会通过虚拟化形式对儿童进行表扬。

优选的，所述情绪管理训练具体包括如下步骤：

S41.系统内置情绪表达和情绪调节两大模块，主要针对喜怒哀乐惧五大情绪；

S42.情绪表达通过展示表情图片并通过虚拟老师询问受训儿童完成；

S43.情绪调节参考心理学相关情绪课程，选择儿童易于掌握的情绪调节方式进行引导教学，如腹式呼吸等；

S44.情绪管理训练合格后虚拟老师会进行适当激励。

优选的，所述问题解决训练具体包括如下步骤：

S51.在系统内置的多种问题解决场景中选择场景；

S52.受训儿童在选择的场景下完成特定的任务，同时系统实时检测受训儿童的生理数据变化；

S53.系统根据生理数据变化情况，给予受训儿童正确的提示和引导，提高受训儿童的社会技能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，通过脑电波检测电极、红外光发射器、摄像头等设置，利用集成了陀螺仪和加速度传感器、嵌入式控制中心电路的智能化主控板，在优化结构设计的基础上，采取互动游戏库、评价系统相结合的方式，以检测到的受训儿童的生理数据为依据评价训练效果，无需专门人员陪同且不限场地，可以更加客观反映训练水平，提高训练质量，具有训练方式简单、训练项目科学、评价依据客观、可沉浸式体验等优点，有利于提高儿童受训的积极性和科学性。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例的头盔结构示意图；

图4为本发明实施例的调焦原理示意图；

图5为本发明实施例的调焦原理局部示意图；

图6为本发明实施例的电路原理图；

图7为本发明实施例的系统工作流程示意图；

其中：1.头盔，2.红外光发射器，3.摄像头，4.支承座，5.蜗轮轴，6.蜗杆，7.齿轮，8.，齿条，9.眼镜架，10.涡轮，11.螺柱，12.OLED显示屏，13.脑电波检测电极，14.电极固定绑带，15.海绵垫，16.头盔固定绑带，17.镜片，18.主控板，19.显示罩，101.导槽，102.调节旋钮孔，103.绑带固定环，104.DC充电插孔，105.USB3.0接口Ⅰ，106.卡槽，107.USB3.0接口Ⅱ，108.音频接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1、图2、图3、图4、图5所示，一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，内置眼神交流训练、自我介绍训练、同步互动训练、情绪管理训练、问题解决训练五大互动游戏，并以语音识别、视线追踪、运动姿态估计、注意力检测这些生理数据为依据评价训练效果，可以更加客观反映训练水平，提高训练质量。本系统针对害羞儿童社会技能训练，具有训练方式简单、训练项目科学、评价依据客观、可沉浸式体验等优点。该面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统包括头盔1、眼镜架9、主控板18、OLED显示屏12、头盔固定绑带16，所述头盔固定绑带16通过绑带固定环103与头盔1连接，所述主控板18、眼镜架9安装于头盔1内，主控板18固定于头盔1内前侧，所述OLED显示屏12通过螺柱11固定于主控板18上，所述眼镜架9设于OLED显示屏后侧，所述头盔1上侧设有电极固定绑带14，所述电极固定绑带14内侧附着有脑电波检测电极13，所述头盔1上端设有卡槽106，所述电极固定绑带14通过设于其下端的插卡部与所述卡槽106固定连接，所述头盔固定绑带16、电极固定绑带14分别固定在脑后，使头盔1佩戴稳定且脑电波检测电极13贴紧前额。头盔1结构包含有导槽101、调节旋钮孔102、绑带固定环103、DC充电插孔104、USB3.0接口Ⅰ105、卡槽106，USB3.0接口Ⅱ107以及音频接口108。DC充电插孔104用于给该头戴终端系统充电用，USB3.0接口Ⅰ105用于下载游戏程序以及备份数据，USB3.0接口Ⅱ107作为备用，用于扩展外围设备用。音频接口108为3.5mm四段式插口，使用时需外接耳麦，以便听取游戏声音并与回答相应问题。

眼镜架9上固定有12个红外光发生器2,4个摄像头3，2个镜片17以及2个显示罩19。眼镜架9沿着导槽101安装在头盔1内部。

OLED显示屏12通过螺柱11固定在主控板18上，主控板18上集成有嵌入式控制中心，陀螺仪和加速度传感器。主控板18固定在头盔1内部。

蜗杆6和涡轮10组成涡轮蜗杆机构，齿轮7和齿条8组成齿轮齿条机构，涡轮轴5两端通过支承座4支承。齿条8和眼镜架9固连在一起，蜗杆6的一端通过调节旋钮孔102露出。

电极固定绑带14一端固定在卡槽106上，其上附着有3个脑电波检测电极13。头盔固定绑带16固定在绑带固定环103上。海绵垫15主要为了提高佩戴舒适性。佩戴头盔时，需要将电极固定绑带14和头盔固定绑带16分别固定在脑后，保证头盔固定牢固并且脑电波检测电极13贴紧前额，以便采集脑电波信号。

为了实现调焦功能，由蜗杆6和涡轮10以及蜗轮轴5组成的涡轮蜗杆机构以及由支撑座4、齿轮7、齿条8组成的齿轮齿条机构共同配合实现调焦功能。蜗杆6的一端通过调节旋钮孔102露出，齿条8和眼镜架9固连在一起，涡轮轴5中间固定有涡轮10，两侧分别是一对支承座4和齿轮7。使用时，根据佩戴效果，通过外部一字螺丝刀调整蜗杆6，由蜗杆6驱动涡轮10转动，进而带动齿轮7一起转动，驱动齿条8作直线运动。由于齿条8和眼镜架9固定在一起，这样便能驱动眼镜架9沿着导槽101移动，从而改变OLED显示屏12在显示罩19内的位置，进而达到调焦功能。由于蜗杆6和涡轮10的自锁作用，焦距调整完毕后不会出现松动情况。

参照图6所示，系统控制部分由嵌入式控制中心以及语音识别、视线追踪、运动姿态估计、注意力检测、显示模块组成。

嵌入式控制中心电路集成在主控板18上，主控板18同时集成有陀螺仪和加速度传感器。

语音识别通过外接耳麦连到音频接口108实现。音频接口108为3.5mm四段式插口，通过使用外接耳麦可以实现声音的播放以及语音的识别。

红外光发射器2发射红外光到参与训练的人员眼睛上，摄像头3可以捕捉测试者的眼动轨迹并将数据发送给嵌入式控制中心，从而实现视线追踪。

运动姿态估计通过集成在主控板18上的陀螺仪和加速度传感器对参与训练的人进行感知。

电极13可以采集参与训练人员的脑电波，脑电波数据传送至嵌入式控制中心可以分析出注意力信息。

嵌入式控制中心根据游戏内容以及采集到的参与训练人员的实时生理数据生成对应的游戏画面输出给OLED显示屏12。人眼通过镜片17观看OLED显示屏12可以产生沉浸式体验。

该系统中所有的信号采集与输出均通过嵌入式控制中心处理完成。

USB3.0接口Ⅰ105用于下载游戏程序以及备份数据。通过USB3.0接口Ⅱ107，用户可以外接其他生理采集传感器，这样便可以获得更丰富的数据。

使用该系统时，参与训练的儿童通过需要将该头戴终端系统佩戴在头部。佩戴时需要将头盔固定绑带16和电极固定绑带14固定在脑后，保证头盔佩戴稳定且脑电波检测电极13贴紧前额。同时需要将外接耳麦接入音频接口108。

使用时，根据佩戴效果，通过外部一字螺丝刀调整蜗杆6，由蜗杆6驱动涡轮10转动，进而带动齿轮7一起转动，从而驱动齿条8作直线运动。由于齿条8和眼镜架9固定在一起，这样便能驱动眼镜架9沿着导槽101移动，从而改变OLED显示屏12在显示罩19内的位置，进而达到调焦功能。由于蜗杆6和涡轮10的自锁作用，焦距调整完毕后不会出现松动情况。

参照图7所示，该头戴终端系统内置五种类型的互动游戏库，包括眼神交流、自我介绍、同伴互动、情绪管理、问题解决。这五大互动游戏库各自集成了不同难度等级的具体游戏内容，训练合格与否的评价依据为通过语音识别、视线追踪、运动姿态估计、注意力检测采集到的生理数据，当受训儿童无法通过某次训练时，系统会自动降低游戏难度。

眼神交流。系统内置不同面孔的卡通人物形象，随机选择或指定人物形象后，系统会通过OLED显示屏12以及语音方式提示儿童进行眼神交流。当与卡通形象的眼神交流达到一定时间以后，认为训练达标。当儿童无法有效进行眼神交流时，卡通人物会用不同方式进行提示，直到受训儿童完成训练或降低游戏难度为止。眼神训练完成后卡通人物会通过虚拟化形式对儿童进行表扬。

自我介绍。系统首先会通过卡通人物进行自我介绍的方式演示，而后受训儿童选择自己喜欢的卡通人物并与之对话。这个阶段主要由卡通人物进行引导提问，让受训儿童做相应自我介绍。自我介绍训练达标后卡通人物会通过虚拟化形式对儿童进行表扬。

同伴互动。系统内置多种同伴互动场景，选择场景后系统首先会进行演示，引出或提及要做的事情，受训儿童需要完成对应的任务。同步互动训练合格后卡通人物会通过虚拟化形式对儿童进行表扬。

情绪管理。系统内置情绪表达和情绪调节两大模块，主要针对喜怒哀乐惧五大情绪。情绪表达可以通过展示表情图片并通过虚拟老师询问受训儿童完成。情绪调节参考心理学相关情绪课程，选择儿童易于掌握的情绪调节方式进行引导教学，如腹式呼吸等。情绪管理训练合格后虚拟老师会进行适当激励。

问题解决。系统内置多种问题解决场景，受训儿童需要在该场景下完成特定的任务，同时系统会实时检测受训儿童的生理数据变化以便给予正确的提示和引导，提高受训儿童的社会技能。

需要说明的是，这里，音频接口108用于连接耳麦，可以将其替换为无线耳麦连接模式。通过USB3.0接口Ⅱ107，用户可以自行扩展外部设备，比如手写板等，以完成更丰富的功能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，包括头盔、眼镜架、主控板、显示屏、头盔固定绑带，所述头盔固定绑带通过绑带固定环与头盔连接，所述主控板、眼镜架安装于头盔内，主控板固定于头盔内前侧，所述显示屏通过螺柱固定于主控板上，所述眼镜架设于显示屏后侧，其特征在于，所述头盔上侧设有电极固定绑带，所述电极固定绑带内侧附着有脑电波检测电极，所述头盔上端设有卡槽，所述电极固定绑带通过设于其下端的插卡部与所述卡槽固定连接，所述头盔固定绑带、电极固定绑带分别固定在脑后，使头盔佩戴稳定且脑电波检测电极贴紧前额；所述眼镜架通过可调节装置与头盔配合连接，所述头盔内侧壁上设有导槽，所述眼镜架外侧设有与导槽相配合的凸耳，所述眼镜架沿导槽可在头盔内进出移动，所述主控板上集成有陀螺仪和加速度传感器，所述头盔设有调节旋钮孔，用于通过调节旋钮孔控制可调节装置；

其中，所述面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统还包括互动游戏库和评价系统，所述互动游戏库包括眼神交流训练、自我介绍训练、同步互动训练、情绪管理训练、问题解决训练五个互动游戏，所述评价系统包括语音识别、视线追踪、运动姿态估计、注意力检测及其他生理数据为依据评价训练效果的评价子系统，所述五个互动游戏库各自集成了不同难度等级的具体游戏内容，训练合格与否的评价依据为通过语音识别、视线追踪、运动姿态估计、注意力检测采集到的生理数据，当受训儿童无法通过某次训练时，系统会自动降低游戏难度；语音识别通过外接耳麦连到音频接口实现；运动姿态估计通过集成在主控板上的陀螺仪和加速度传感器对参与训练的人进行感知；嵌入式控制中心电路根据游戏内容以及采集到的参与训练人员的实时生理数据生成对应的游戏画面输出给显示屏；人眼通过镜片观看显示屏获得沉浸式体验。

2.根据权利要求1所述的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，其特征在于，所述眼镜架上固定有多个红外光发生器、多个摄像头、2个镜片、显示罩，所述眼镜架设有左右两个镜片安装孔，2个镜片分别固定安装于所述镜片安装孔，红外光发生器、摄像头分别安装于两个镜片安装孔外侧，朝向佩戴者眼睛，所述显示罩设于镜片安装孔与显示屏之间。

3.根据权利要求2所述的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，其特征在于，所述可调节装置包括相互配合的涡轮蜗杆机构、齿轮齿条机构，所述涡轮蜗杆机构包括蜗杆、涡轮、蜗轮轴，所述齿轮齿条机构包括支撑座、齿轮、齿条，所述涡轮共轴固定于涡轮轴中部，涡轮轴两端分别设有支承座、齿轮，所述支承座与头盔固定连接，所述涡杆上设有与涡轮相配合的螺旋线，所述蜗杆的一端通过设于头盔上的调节旋钮孔露出，所述齿条固定于眼镜架底部，与齿轮相配合连接，转动蜗杆时，涡轮带动涡轮轴及齿轮在支撑座限制下旋转，使齿轮与齿条发生相对位移，由齿条带动眼镜架在头盔内进出移动。

4.根据权利要求3所述的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，其特征在于，所述通过调节旋钮孔露出的蜗杆端的端头设有一字或十字凹槽。

5.根据权利要求4所述的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，其特征在于，所述头盔外侧设有充电插孔、USB接口、音频接口。

6.根据权利要求5所述的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，其特征在于，所述头盔后侧边沿外设有海绵垫。

7.根据权利要求6所述的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，其特征在于，所述主控板上集成有陀螺仪和加速度传感器。

8.根据权利要求7所述的面向害羞儿童社会技能训练的头戴终端系统，其特征在于，所述主控板上集成有嵌入式控制中心电路，所述嵌入式控制中心电路分别与脑电波检测电极、陀螺仪、加速度传感器、摄像头、音频接口、充电接口、USB接口连接，该系统中所有的信号采集与输出均通过嵌入式控制中心电路处理完成。