CN112190405A - 一种轮椅控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轮椅控制系统及其控制方法，所述轮椅控制系统包括信号采集装置，用于获取眼电信号数据，所述眼电信号数据包括人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据；信号分析处理装置，用于提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式；轮椅运动控制装置，用于根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动。本发明通过眼电信号可以精确地对智能轮椅进行控制，实时性好，提取更加可靠，参数调节简单方便，应用性较强，操作简单，调整方便。
Description
技术领域
本发明涉及轮椅控制技术领域，特别涉及一种轮椅控制系统及其控制方法。
背景技术
残疾人在社会上处于弱势群体，占我们人口的很大一部分。肢体残疾者众多，这就给他们的生存和发展造成了严重的困难。虽然在残疾人社会保障方面国家推出了一系列方针政策，现代人对残疾人的观念也逐渐普及，人道主义关怀也逐渐深入人心。但是在具体的生活方面却难以给予他们充足的帮助。不幸有肢体残疾的人，被限制在一个狭小的地方，不能自由享受到户外活动的乐趣。我国的人口老龄化问题已然突显出来，而子女不能一直在老人身边照顾，其中有肢体不便的老人不能自由到户外活动散心，令人惋惜。
目前，控制轮椅的方式大都通过人体四肢控制，手动轮椅更是依靠手臂的力量，电动轮椅需要用手操作控制杆来实现轮椅的移动。但是对于一些手脚不便的人或者有肢体缺陷的人，他们不能很好地用手或者用脚来操作轮椅，这就给他们的行动带来很大的不便。所以需要通过一些新的技术方法来解决这些问题，提高他们的生活质量。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种轮椅控制系统及其控制方法，用于解决现有的轮椅无法满足手脚不便的人或者有肢体缺陷的人进行使用的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种轮椅控制系统，包括：
信号采集装置，用于获取眼电信号数据，所述眼电信号数据包括人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据；
信号分析处理装置，用于提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式；
轮椅运动控制装置，用于根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动。
在一可选实施例中，所述信号采集装置包括电极贴片组件以及信号获取单元。
在一可选实施例中，所述电极贴片组件包括双极导联电极贴片组件。
在一可选实施例中，所述双极导联电极贴片组件包括第一电极贴片、第二电极贴片、第三电极贴片、第四电极贴片及第五电极贴片；所述第一电极贴片贴合在人体脸部的额头中央，所述第二电极贴片和所述第三电极贴片分别贴合于人体脸部的其中一只眼的上下相对两侧，所述第四电极贴片和所述第五电极贴片分别贴合于人体脸部的两眼的左右相对两侧。
在一可选实施例中，所述信号获取单元包括两个信号调理单元、双路采集板以及数据采集卡；所述信号调理单元的输入端与所述电极贴片组件连接，所述信号调理单元的输出端与所述双路采集板的输入端连接，所述双路采集板的输出端与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与所述信号分析处理装置连接。
在一可选实施例中，所述特征提取单元基于LabView环境建立，包括依次连接的DAQ助手、滤波器、采样压缩单元、波形重采样单元以及波形显示单元。
在一可选实施例中，所述模式识别单元具有可视化的模式识别参数调节界面，所述模式识别参数调节界面具有如下输入方式：
眼睛正视屏幕，待所述眼电信号的波形平稳后，进行眨眼次数不同的数组眨眼动作，分别记录不同眨眼次数所对应的波形和信号幅值；
眼睛正视屏幕，待所述眼电信号的波形平稳后，眼睛分别向左看然后回到正视方向，向右看然后回到正视方向，分别记录对应的波形和信号幅值；
根据获取的波形和信号幅值输入不同模式的识别参数。
在一可选实施例中，所述轮椅运动控制装置包括直流伺服驱动器和编码器；所述直流伺服驱动器与所述信号分析处理装置连接，所述直流伺服驱动器用于根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动，所述编码器设置于所述轮椅的电机的输出轴上，所述编码器与所述轮椅运动控制装置通信连接。
在一可选实施例中，所述信号分析处理装置包括数据处理及特征提取单元和模式识别单元数据处理及特征提取单元和模式识别单元；所述数据处理及特征提取单元用于提取所述眼电信号数据的波形特征；所述模式识别单元用于获取所述波形特征的极值，并根据所述波形特征的极值所处范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式。
在一可选实施例中，所述轮椅运动方式包括左转、右转、停车、前进和后退。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种轮椅控制方法，包括：
获取眼电信号数据，所述眼电信号数据包括人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据；
提取所述眼电信号数据的波形特征；
并根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式；以及
根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动。
本发明的轮椅控制系统，由信号采集装置、信号分析处理装置及轮椅运动控制装置，通过信号采集装置获取人脸的眼电信号数据，通过信号分析处理装置提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式，所述轮椅运动控制装置根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照使用人员所想要的运动方式进行运动。如此使用人员只需要通过眼睛的变化，如眨眼、移动眼球等方式，就可以控制智能轮椅进行不同的运动，实现对轮椅的非肢体控制操作，该系统相较于现有的四肢控制系统更加快速和便捷，可以满足各种四肢行动不便的人员使用。
本发明的轮椅控制系统，通过信号分析处理装置提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值(极大值和极小值)所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值(极大值或极小值)个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式(左转、右转、前进、后退或停车)，通过眼电信号可以精确地对智能轮椅进行控制，控制的实时性更好，并且可以因人而异对预设范围进行设置，具有针对性，能满足不同的人员需求。
本发明的轮椅控制系统，由于采用双导联方式采集眼电信号，信号幅值更大，且对提取的眼电信号经过硬件，LabView软件双重滤波处理，提取的眼电信号更加可靠。
本发明的轮椅控制系统，其对于模式识别参数调节更加简单方便：在LabView环境下提供图形化操作界面，模式识别模块参数更容易调节。
本发明的轮椅控制系统，其应用性较强：不仅可以帮助肢体运动功能障碍的患者或肢体有缺陷的残疾人，实现对轮椅的非肢体控制操作，还能用于不便用手操作的场合或者高风险工作区域。
本发明的轮椅控制系统，其操作简单：提供友好的人机操作界面，并能实时观测到眼电信号波形图，防止误操作。
本发明的轮椅控制系统，其调整方便：因为基于LabView软件编写的控制程序，无需改动硬件设备就可以对控制方式等做出改动，更具有柔性特点。
附图说明
图1为本发明1的轮椅控制系统的结构框图。
图2为图1中的轮椅控制系统的双极导联电极贴片组件的位置图。
图3为图1中的轮椅控制系统的信号采集装置的模块连线图。
图4为图1中的轮椅控制系统在使用人员眨眼一次产生的仿真波形图。
图5为图1中的轮椅控制系统在使用人员连续眨眼两次产生的仿真波形图。
图6为图1中的轮椅控制系统在使用人员连续眨眼三次产生的仿真波形图。
图7为图1中的轮椅控制系统在使用人员向右看所产生的仿真波形图。
图8为图1中的轮椅控制系统在使用人员向左看所产生的仿真波形图。
图9为图1中的轮椅控制系统的轮椅运动控制装置的模块连线图。
图10为本发明的轮椅控制系统的模式识别单元的模式判别程序流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1-10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提出一种眼电智能轮椅控制系统，用于通过眼电信号来控制智能轮椅的运动，该眼电智能轮椅控制系统主要由三个部分组成，分别是信号采集装置1、信号分析处理装置2及轮椅运动控制装置3，所述信号采集装置1与所述信号分析处理装置2连接，所述信号分析处理装置2与所述轮椅运动控制装置3连接，所述轮椅运动控制装置3与待控制的轮椅连接，上述装置之间例如可以采用蓝牙、WiFi、串口等连接方式进行连接。具体地，所述信号采集装置1用于获取眼电信号数据，所述眼电信号数据包括人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据；所述信号分析处理装置2用于提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式；所述轮椅运动控制装置3，用于根据所述信号分析处理装置2所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动。
如图2和3所示，在本发明的一实施例中，所述信号采集装置1例如可包括双极导联电极贴片组件11(当然也可以是单极导联电极贴片)以及信号获取单元12。双极导联电极贴片组件11包括第一电极贴片、第二电极贴片、第三电极贴片、第四电极贴片以及第五电极贴片。第一电极贴片用于贴合在人体脸部的额头中央(图2中的A位置)，而且作为参考电极，并用于检测人体脸部自带的电信号一。第二电极贴片和第三电极贴片分别贴合在人体脸部的其中一只眼的上下相对两侧(图2中的B位置和C位置)，用于测量对应的眼球在垂直方向上移动(眨眼)所产生的电信号二。第四电极贴片和第五电极贴片分别贴合在人体脸部的两眼的左右相对两侧(图2中的D位置和E位置)，用于测量对应的眼球在水平方向上左右移动所产生的电信号三。所述信号获取单元12分别与所述各电极贴片电连接，用于对电信号一、电信号二以及电信号三进行放大、增益调节以及偏置调节，以获取相应的眼电信号并分别作为人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据。
在本发明的一具体实施例中，所述双极导联电极贴片组件11例如可采用Ag/AgCI电极组件，即电极贴片的电极采用Ag/AgCI电极。在粘贴电极贴片时，具体粘贴方法：1)从透明薄片上揭下电极；2)用清水清洗干净电极索要粘贴的脸部区域；3)将电极贴在检测部位，并轻轻按平。
请参阅图3，在本发明的一实施例中，所述信号获取单元12包括两个信号调理单元121、双路采集板122以及数据采集卡123，所述信号获取单元12包括两个信号调理单元121、双路采集板122以及数据采集卡123；所述信号调理单元121的输入端与所述电极贴片组件连接，所述信号调理单元121的输出端与所述双路采集板122的输入端连接，所述双路采集板122的输出端与所述数据采集卡123的输入端连接，所述数据采集卡123的输出端与所述信号分析处理装置2连接。信号调理单元121包括用于放大电信号一、电信号二以及电信号三的仪器放大器、运算放大器，同时用于抑制电极半电池电位。双路采集板122用于配合两个信号调理单元121以实现双路输入，且对每一路输入进行增益调节以及偏置调节，可以实时地把眼电信号调到合适的便于数据采集卡123采集的合适大小。数据采集卡123用于将调整后的眼电信号传输至信号分析处理装置2，即传输到信号分析处理装置2所在的上位机中。作为示例，所述信号调理单元121可采用AD8232芯片，所述双路采集板122可采用AD620双电路采集板，可通过改变AD620双电路采集板的可变电阻元件的电阻值来调整输入到数据采集卡123的信号大小，数据采集卡123可采用NI PCIe-6321数据采集卡。
请参阅图1，在本发明中，所述信号分析处理装置2包括数据处理及特征提取单元(包括数据处理单元21和特征提取单元22)和模式识别单元23；所述数据处理及特征提取单元用于对采集数据进行滤波、采样压缩、波形重复采样，并提取出眼电信号的波形特征；所述模式识别单元23用于获取所述波形特征的极值，并根据所述波形特征的极值所处范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式。其中，信号分析处理装置2基于LabView环境下建立，可以理解的是，信号分析处理装置2也可以是基于其他的合适软件编程而成，例如Agilent—VEE(Visual EngineeringEnvironment，可视化工程环境)。
在本发明中，所述数据处理及特征提取单元可以包括DAQ助手、滤波器、采样压缩单元、波形重采样单元以及波形显示单元。DAQ助手用于设置采集数据的具体串口，且采集数据的类型为电压，采集范围为-5～5V，过滤掉过大的电压。滤波器用于对采集数据进行过滤以去除不满足采集范围的电压，并过滤掉截止频率大于一个预设频率的噪声，保留有效的信号；由于眼电信号的频率大都在0-38Hz之间，选用一个截止频率为40Hz的3阶Butterworth低通滤波器过滤掉高于40Hz的噪声。采样压缩单元用于对采集数据进行连续采样压缩，且采样速率为1000次/秒，压缩因子为50，即把采集到的数据50为一组，取它们的平均值，这样可以得到较为平稳的波形。波形重采样单元用于对采集数据进行波形重复采样，且重复度设置为二分之一。波形重采样用于对数据进行一定的重复采集，防止数据的遗漏，因为在数据传输的过程中，在每次截取数据段时不能都恰好把有用的信号包含进去，所以需要数据的重新采样，重复度设置为二分之一即可。波形显示单元用于显示采集数据中的眼电信号的波形。图4-8分别示出了本发明的轮椅控制系统的一个具体示例中使用人员眨眼一次、连续眨眼两次、连续眨眼三次、向右看及向左看所产生的仿真波形图。
在本发明中，当采集到的一组数据送到模式识别单元23后，模式识别单元23判断其中的极大值和极小值的范围是否满足设定的阈值范围；对于左转和右转命令，只满足各自对应设定的极小值和极大值即可，对于前进，后退和停车命令，在满足极大值和极小值阈值范围的同时还要满足各自设定的最大值(当然也可以是最小值)的次数，才能发出命令。
所述模式识别单元23具有可视化的模式识别参数调节界面，所述模式识别参数调节界面具有如下输入方式：眼睛正视屏幕，待所述眼电信号的波形平稳后，进行眨眼次数不同的数组眨眼动作，分别记录不同眨眼次数所对应的波形和信号幅值；
眼睛正视屏幕，待所述眼电信号的波形平稳后，眼睛分别向左看然后回到正视方向，向右看然后回到正视方向，分别记录对应的波形和信号幅值；
根据获取的波形和信号幅值来确定并在模式识别参数调节界面输入对应不同模式的识别参数，从而得到不同眼部动作所对应的阈值范围。需要说明的是，阈值范围设定的大小因人而异，即使是同一个人，也会因为电极粘贴的位置不同而略有不同，可通过观察各种眼部动作后引起的波形图，使该阈值范围的设定能够区分不同的眼部动作。
图10给出了本发明的轮椅控制系统的模式识别单元23的模式判别程序流程图的一个具体示例。请参阅图10，所述模式识别单元23判断波形特征中的极大值是否位于一个预设范围一内。在极大值位于预设范围一内时，模式识别模块判断波形特征中的极小值是否位于一个预设范围二内。在极小值位于预设范围二内时，模式识别模块确定运动方式为右转。在极大值不位于预设范围一内时，模式识别模块判断极大值是否位于一个预设范围三内。在极大值位于预设范围三内，模式识别模块判断极小值是否位于一个预设范围四内。在极小值位于预设范围四内时，模式识别模块确定运动方式为左转。在极小值不位于预设范围四内时，模式识别模块判断极小值是否位于一个预设范围五内。在极小值位于预设范围五内时，模式识别模块统计一组数中满足波形特征位于一个预设范围六内的计数，并判断计数是否等于一个预设数字一，是则确定运动方式为停车，否则判断计数是否等于一个预设数字二，是则确定运动方式为前进，否则判断计数是否等于一个预设数字三，是则确定运动方式为后退，否则重新获取波形特征。在极小值不位于预设范围二内或极大值不位于预设范围三或极小值不位于预设范围五内时，模式识别模块重新获取波形特征。在该示例中，预设范围一的下限大于预设范围二的上限，预设范围三的下限大于或等于预设范围一的上限，预设范围四的上限小于预设范围二的下限，预设范围五与预设范围二相同，预设范围六与预设范围三相同；具体地，预设范围一为[2.2,2.3)，预设范围二和预设范围五均为[2,2.15)，预设范围三与预设范围六均为[2.3,2.4)，预设范围四为[1.8,1.95)。
请参阅图9，在本发明中，轮椅运动控制装置3用于信号分析处理装置2的模式识别单元23所确定的运动方式，驱使轮椅按照运动方式进行运动。具体地，所述轮椅运动控制装置3例如可包括直流伺服驱动器31和光电编码器32(当然也可采用其他编码器)，所述直流伺服驱动器31与所述信号分析处理装置2连接，所述直流伺服驱动器31用于根据所述信号分析处理装置2所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动，所述光电编码器32设置于所述轮椅的电机的输出轴上，所述光电编码器32与所述轮椅运动控制装置3通信连接。轮椅运动控制装置3所在的上位机33根据模式识别模块所确定的运动方式产生相应的命令信号至直流伺服驱动器31，直流伺服驱动器31根据命令信号所指定的运动方式，控制轮椅的电机4进行相应的转动，使智能轮椅按照运动方式进行运动，光电编码器32用于测量电机4的转速，并将转速返回至上位机33。作为示例，如图9所示，所述直流伺服驱动器31例如可采用MLD3605-D驱动器，所述轮椅的电机4例如可采用MY1016Z直流电机，直流伺服驱动器31、电机4以及轮椅的车轮(左轮5和右轮6)的数量均为两个且一一对应，每个直流伺服驱动器31用于通过对应的电机驱使对应的车轮运动。
在本发明中一个具体示例中，不同的眼电信号所对应的命令信号分别为：(a)眨眼两次，驱使轮椅前进；(b)眨眼三次，驱使轮椅后退；(c)向左扫视，驱使轮椅左转；(d)向右扫视，驱使轮椅右转；(e)眨眼一次，驱使轮椅停车。可以理解的是，在本发明的其他示例中，眼电信号与命令信号也可以采用其他的对应方式。
综上所述，本发明的轮椅控制系统，由信号采集装置1、信号分析处理装置2及轮椅运动控制装置3，通过信号采集装置1获取人脸的眼电信号数据，通过信号分析处理装置2提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式，所述轮椅运动控制装置3根据所述信号分析处理装置2所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照使用人员所想要的运动方式进行运动。如此使用人员只需要通过眼睛的变化，如眨眼、移动眼球等方式，就可以控制智能轮椅进行不同的运动，实现对轮椅的非肢体控制操作，该系统相较于现有的四肢控制系统更加快速和便捷，可以满足各种四肢行动不便的人员使用。
本发明的轮椅控制系统，通过信号分析处理装置2提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值(极大值和极小值)所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值(极大值或极小值)个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式(左转、右转、前进、后退或停车)，通过眼电信号可以精确地对智能轮椅进行控制，控制的实时性更好，并且可以因人而异对预设范围进行设置，具有针对性，能满足不同的人员需求。
本发明的轮椅控制系统，由于采用双导联方式采集眼电信号，信号幅值更大，且对提取的眼电信号经过硬件，LabView软件双重滤波处理，提取的眼电信号更加可靠。
本发明的轮椅控制系统，其对于模式识别参数调节更加简单方便：在LabView环境下提供图形化操作界面，模式识别模块参数更容易调节。
本发明的轮椅控制系统，其应用性较强：不仅可以帮助肢体运动功能障碍的患者或肢体有缺陷的残疾人，实现对轮椅的非肢体控制操作，还能用于不便用手操作的场合或者高风险工作区域。
本发明的轮椅控制系统，其操作简单：提供友好的人机操作界面，并能实时观测到眼电信号波形图，防止误操作。
本发明的轮椅控制系统，其调整方便：因为基于LabView软件编写的控制程序，无需改动硬件设备就可以对控制方式等做出改动，更具有柔性特点。
本发明还公开一种轮椅控制方法，所述轮椅控制方法应用上述的轮椅控制系统中，该轮椅控制方法包括如下步骤：
第一步，获取眼电信号数据，所述眼电信号数据包括人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据。具体地，先检测人体脸部自带的电信号一，并测量对应的眼球在垂直方向上移动所产生的电信号二以及在水平方向上移动所产生的电信号三；对电信号一、电信号二以及电信号三进行放大、增益调节以及偏置调节，获取相应的眼电信号并作为采集数据。本步骤主要通过上述轮椅控制系统中的信号采集装置1实现，通过双极导联电极贴片组件11采集到眼电信号，利用信号获取单元12对眼电信号进行处理，详见上文相关部分的描述，在此不做赘述。
第二步，提取所述眼电信号数据的波形特征。具体地，对采集数据进行滤波、采样压缩、波形重复采样，并提取出眼电信号的波形特征。本步骤主要通过上述轮椅控制系统中的信号分析处理装置2的信号处理及特征提取单元22实现，其能够提取所需的波形特征，而该波形特征能够反映出使用人员所需表达的信息，详见上文相关部分的描述，在此不做赘述。
第三步，根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式。具体地，先获取波形特征的各项特征信息，再将各项特征信息与一个预设的识别模式中各项预设识别参数进行比较以确定波形特征所对应的运动方式。本步骤主要通过上述轮椅控制系统中的信号分析处理装置2的模式识别单元23实现，其主要作用是能够将眼电信号中的特征信息识别，确定使用人员所需智能轮椅进行动作，详见上文相关部分的描述，在此不做赘述。
第四步，根据所述信号分析处理装置2所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动。具体地，根据模式识别模块所确定的运动方式，驱使智能轮椅按照运动方式进行运动。本步骤主要通过上述轮椅控制系统中的轮椅运动控制装置3实现，其目的在于根据之前一步已经确定的运动方式，使智能轮椅按照该方式进行动作，如前进、后退、停车、左转、右转等，详见上文相关部分的描述，在此不做赘述。
本发明还公开一种采用上述轮椅控制系统的智能轮椅，该智能轮椅包括轮椅本体和轮椅控制系统。轮椅控制系统的轮椅运动控制装置根据模式识别单元所确定的运动方式，驱使轮椅本体按照确定的运动方式进行运动。这样，使用人员在使用本发明的智能轮椅时，其只需要通过简单的动动眼部，就可以对轮椅整体进行控制，尤其可以为四肢行动不便者提供便利，而且可以节省四肢行动的动力，对于体力较差和四肢无法动弹的人员而言非常实用。
在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。
在整篇说明书中提到“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(anembodiment)”或“具体实施例(a specific embodiment)”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(inan embodiment)”或“在具体实施例中(in a specific embodiment)”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。
还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。
另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。
如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。
本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。
Claims (10)
1.一种轮椅控制系统，其特征在于，包括：
信号采集装置，用于获取眼电信号数据，所述眼电信号数据包括人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据；
信号分析处理装置，用于提取所述眼电信号数据的波形特征，并根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式；
轮椅运动控制装置，用于根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动。
2.根据权利要求1所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述信号采集装置包括电极贴片组件以及信号获取单元。
3.根据权利要求2所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述电极贴片组件包括双极导联电极贴片组件。
4.根据权利要求3所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述双极导联电极贴片组件包括第一电极贴片、第二电极贴片、第三电极贴片、第四电极贴片及第五电极贴片；所述第一电极贴片贴合在人体脸部的额头，所述第二电极贴片和所述第三电极贴片分别贴合于人体脸部的其中一只眼的上下相对两侧，所述第四电极贴片和所述第五电极贴片分别贴合于人体脸部的两眼的左右相对两侧。
5.根据权利要求2所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述信号获取单元包括两个信号调理单元、双路采集板以及数据采集卡；所述信号调理单元的输入端与所述电极贴片组件连接，所述信号调理单元的输出端与所述双路采集板的输入端连接，所述双路采集板的输出端与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与所述信号分析处理装置连接。
6.根据权利要求1所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述轮椅运动控制装置包括直流伺服驱动器和编码器；所述直流伺服驱动器与所述信号分析处理装置连接，所述直流伺服驱动器用于根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动，所述编码器设置于所述轮椅的电机的输出轴上，所述编码器与所述轮椅运动控制装置通信连接。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述信号分析处理装置包括数据处理及特征提取单元和模式识别单元；所述数据处理及特征提取单元用于提取所述眼电信号数据的波形特征；所述模式识别单元用于获取所述波形特征的极值，并根据所述波形特征的极值所处范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式。
8.根据权利要求7所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述特征提取单元基于LabView环境建立，包括依次连接的DAQ助手、滤波器、采样压缩单元、波形重采样单元以及波形显示单元。
9.根据权利要求7所述的轮椅控制系统，其特征在于，所述模式识别单元具有可视化的模式识别参数调节界面，所述模式识别参数调节界面具有如下输入方式：
眼睛正视屏幕，待所述眼电信号的波形平稳后，进行眨眼次数不同的数组眨眼动作，分别记录不同眨眼次数所对应的波形和信号幅值；
眼睛正视屏幕，待所述眼电信号的波形平稳后，眼睛分别向左看然后回到正视方向，向右看然后回到正视方向，分别记录对应的波形和信号幅值；
根据获取的波形和信号幅值输入不同模式的识别参数。
10.一种轮椅控制方法，其特征在于，包括：
获取眼电信号数据，所述眼电信号数据包括人体脸部自带电信号数据、眨眼所产生的电信号数据或眼球左右移动所产生的电信号数据；
提取所述眼电信号数据的波形特征；
根据所述波形特征的极值所处的范围和所述波形特征的处于预设范围的极值个数来确定所述波形特征所对应的轮椅运动方式；以及
根据所述信号分析处理装置所确定的轮椅运动方式驱动所述轮椅按照所述运动方式进行运动。
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| CN113116647A (zh) * | 2021-04-02 | 2021-07-16 | 深兰科技（上海）有限公司 | 智能轮椅、智能轮椅的控制方法及相关装置 |
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- 2020-10-14 CN CN202011106132.4A patent/CN112190405A/zh active Pending
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