CN113156861A - 轮椅智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
轮椅智能控制系统，包括信号采集模块、中央控制模块、信号显示器和轮椅；中央控制模块配置为界定出光标活动区域，光标布置在光标活动区域中并被限制在光标活动区域中沿左右方向移动，前进按键和后退按键左右布置在光标活动区域内，信号采集模块不仅用于采集表达控制光标移动意图的指令，还用于采集表达对所捕捉目标按键予以确认的指令给中央控制模块，中央控制模块配置为响应信号采集模块信号，相应地让光标在光标活动区域中移动去捕捉前进按键、后退按键，而且在予以“点击”确认后，控制所述轮椅执行前行或后退的工作指令，这样大大提高光标移动并捕捉目标按键的效能，降低操作难度和节省操作时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮椅智能控制系统，尤其是涉及一种包含对中央控制内容及显示界面予以改进的轮椅智能控制系统。
背景技术
现有的基于人机交互接口(human machine interface, HMI)将人的意图转化为控制命令电信号的轮椅智能控制系统，能够在人与轮椅设备之间建立直接的交流和控制通道。而轮椅作为常见的助残设备之一，用来帮助腿部运动功能缺失的人重新获得行走能力，为此人机交互接口技术已经被广泛地运用于轮椅控制，常见的包括操纵杆和键盘，不过现有用于轮椅控制的人机交互接口很大部分是手动的，需要用户具有良好的上肢运动功能。然而对于应用于一些疾病(如肌萎缩性侧索硬化ALS，脊髓损伤SCI等)造成病人深度瘫痪丧失四肢运动功能的轮椅设备，很难通过传统的手动人机交互接口操控轮椅，需要为他们提供一种非手动的人机交互方式，让他们能够快速、准确且充分地输出控制指令(如前进，后退，转向，加速，减速，停止等)。通常，如果深度瘫痪的病人的大脑和眼睛仍然保持着正常功能，那么显然可以利用一些基于脑电信号(electroencephalography,EEG)例如运动想象或眼电信号(electrooculography,EOG)的轮椅智能控制系统。EEG和EOG分别来自于大脑和眼睛生成的生物电信号，二者都属于非侵入式信号。
但是一经采用脑电信号的人机交互模式，就存在着人机交互的效能问题，为此就如何进一步提高人机交互的效能，减少操作误差或无用的操作，是需要进一步改进的问题从而弥补这些交互信息所存在的缺陷。
发明内容
为了进一步提高人机交互的效能，减少操作误差或无用的操作，本发明提供了一种轮椅智能控制系统，包括信号采集模块、中央控制模块、信号显示器和轮椅，其中，所述信号显示器安装在所述轮椅上并信号连接所述中央控制模块，所述信号显示器用于配合所述中央控制模块在显示界面中直观地为用户显示交互信息，所述交互信息包括光标、目标按键，所述轮椅用于在所述中央控制模块的控制下工作；其特征在于，
所述中央控制模块，配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中界定出一条带状的光标活动区域，一个所述光标布置在所述光标活动区域中并被限制在所述光标活动区域中沿左、右方向移动，所述目标按键包括前进按键和后退按键，当轮椅处于静止状态时，在所述光标活动区域内呈现出左右布置的所述前进按键和后退按键，当轮椅处于运动状态时，不呈现所述前进按键和后退按键；
所述信号采集模块用于采集表达控制光标向左移动或向右移动意图的指令并生成相应的光标移动指令信号传递给所述中央控制模块，所述中央控制模块，还配置为响应所述信号采集模块所传递的光标移动指令信号，相应地让所述信号显示器配合显示所述光标在所述显示界面的光标活动区域中向左移动或向右移动，去捕捉所述显示界面中呈现的目标按键；
所述信号采集模块还用于采集表达对所述光标所捕捉目标按键予以确认的指令并生成相应的按键确认指令信号传递给所述中央控制模块，所述中央控制模块，还配置为响应所述信号采集模块所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的前进按键或后退按键予以“点击”确认后，控制所述轮椅的动力装置执行所“点击”的前进按键或后退按键所表征的轮椅前行或后退的工作指令。
其中，所述信号采集模块，可以是收藏于一种佩戴于使用者头部的头环中，所述头环中还内含有能够检测头部左偏和右偏等动作的头部姿态角的检测器，还可以含有能够检测眼部运动例如眨眼动作导致的头部电信号（EOG）的检测器，所述信号采集模块收集这些信号。这些技术可以参考申请号为CN201911186227.9，名称为“基于人体表达的二维意图的特定标识控制方法和装置”中所披露的技术方案。在其它的方案中还可以通过摄像机系统采集头部左偏和右偏等动作并经过内部算法计算后输出所需的指令信号。所述信号采集模块将所采集的表达控制光标左右移动意图的指令的光标移动指令信号传递给所述中央控制模块。
所述中央控制模块，是整个轮椅系统的控制中心，包含有CPU，不仅配置为响应所述信号采集模块的指令信号而且也控制所述信号显示器配合显示交互信息，而且也控制或响应所述轮椅的工作。所述交互信息包括光标、目标按键等。
所述光标活动区域，首先是用于限制所述光标移动方向和范围的平面区域，还用于呈现目标按键，为此所述光标活动区域可以是一个长条状的无框线明显界定的无框线区域（不呈现框线或其它标识区域范围标志的区域）、或是有框线明显界定的框线区域，也可以是用不同颜色、图案标识的一个长条状区域等，只要能实现上述目的即可，该区域最好是采用使其显著区别于所述显示界面中其它区域的方案从而便于区别。
所述轮椅不仅包括能够让轮椅移动的动力装置，而且还可以包括后面将要提及的喇叭和通信模块等，这些动力装置、喇叭和通信模块都分别与所述中央控制模块信号连接并在所述中央控制模块的驱动下工作。在一种应用中可以将所述中央控制模块分解为几个信号相互连接的子模块而分别安装在所述头环、信号显示器或轮椅中。
所述目标按键，是一种在所述中央控制模块的控制下让所述信号显示器在其显示界面中配合呈现的模拟按键并表征所述轮椅的动力装置等机构所需执行的相应动作指令类型，当所述中央控制模块停止工作时，这些目标按键也可以随之不能显示出来，当整个系统或所述中央控制模块回复到初始状态时，部分目标按键也随之在静态页面显示出来。所述目标按键至少包括前进按键、后退按键，还可以包括后面将要提及的加速按键、减速按键、喇叭按键和SOS按键等。所述中央控制模块控制所述显示界面呈现两级界面，分别是静态页面和动作页面。当所述轮椅处于静止状态时所述中央控制模块控制所述显示界面显示静态页面，当所述轮椅处于移动状态时所述中央控制模块控制所述显示界面显示动作页面，所述目标按键可以分别显示在静态页面或动作页面中。
所述光标对所捕捉目标按键予以“点击”确认的动作，实际上是在所述中央控制模块控制所述光标完成捕捉目标按键并且响应按键确认指令信号后，由所述中央控制模块自动完成的控制步骤，所述信号显示器的显示界面中显示的所述光标对所捕捉目标按键予以“点击”确认的动作属于一种由所述信号显示器配合显示的虚拟动作，是为了直观好看从而提高人机对话的心里感受，也是通过视觉形式形成给使用者的一种视觉反馈。为此，所述中央控制模块，还配置为响应所述信号采集模块所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的前进按键或后退按键予以“点击”确认后，控制所述轮椅的动力装置执行所“点击”的前进按键或后退按键所表征的轮椅前行或后退的工作指令，即所述中央控制模块控制所述光标完成捕捉目标按键并且响应所述按键确认指令信号后，不仅让所述显示界面配合显示对目标按键的“点击”的模拟动作，而且让所述轮椅执行所 “点击”的目标按键所表征的相应工作指令。
所述显示对目标按键的“点击”确认，一般来说包括让被点击的目标按键变颜色，配合发出提示声响，出现成功点击的提示弹窗，光标本身显示一个点击动作或光标本身改变显示图像等任何让用户感觉已经完成点击动作的表示而且所述中央控制模块也实际开始后续执行该点击指令，都是可行的方案。
根据上述技术方案，其有益的技术效果在于，1、通过所述中央控制模块，配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中呈现出条状光标活动区域，一个所述光标布置在所述光标活动区域中并被限制在所述光标活动区域中沿左、右方向移动，并将所述前进按键和后退按键左右布置在所述光标活动区域内，从而不仅容易区别和跟踪前进按键和后退按键，也能大大提高所述光标移动并捕捉目标按键的效能，降低操作难度和节省操作时间；2、将所述前进按键和后退按键等目标按键的呈现方式关联于所述轮椅的工作状态，从而减少识别误差也能提高操控的便利性；3、显示所述光标对所捕捉目标按键予以“点击”确认，不仅形成直观的视觉反馈而且也以“点击”确认所表征的指令为基础控制所述轮椅的动力装置等执行所 “点击”的目标按键所表征的轮椅工作指令，大大提高了所述轮椅使用的安全性。
进一步的技术方案还可以是，所述目标按键还包括确认按键，所述中央控制模块还配置为当轮椅处于静止状态时，让所述光标活动区域内呈现出所述确认按键，所述确认按键位于所述前进按键、后退按键之间，当轮椅处于运动状态时，不呈现所述确认按键；所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的前进按键予以“点击”确认并进一步对所捕捉的确认按键予以“点击”确认的基础上，再控制所述轮椅的动力装置执行所述前进按键所表征的轮椅前行动作指令；所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的后退按键予以“点击”确认并进一步对所捕捉的确认按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅的动力装置执行所述后退按键所表征的轮椅后退工作指令。即首先在点击确认所述前进按键或后退按键的基础上，再点击确认所述确认按键，再让所述轮椅的动力装置执行前行或后退的工作指令。这样通过在所述前进按键、后退按键之间设置所述确认按键，不仅形成了对所述前进按键、后退按键切换使用的缓冲，而且增加所捕捉的确认按键予以“点击”确认作为驱动轮椅前行或后退的前置条件，进一步增加对适用所述轮椅的安全性。当轮椅处于移动状态时，所述确认按键在所述光标活动区域内的不呈现方式可以通过软件程序灵活处理 ，例如可以隐藏，也可以显示但失去响应功能。
进一步的技术方案还可以是，所述中央控制模块还配置为在所述光标对所捕捉的前进按键或后退按键予以“点击”确认并进一步在设定阈值时间内对所捕捉的确认按键予以“点击”确认的基础上，再控制所述轮椅的动力装置执行所述前进按键、后退按键所分别表征的轮椅前行、后退工作指令，如果在设置的阈值时间内没有对所捕捉的确认按键予以“点击”确认，则所述中央控制模块回复到初始状态。所述阈值时间是产品出厂设计时预先在软件程序中设置的时间长度，一般来说可以根据用户的特点在3秒到10秒钟之间选择设置。所述初始状态就是待机使用状态，前期暂存使用的命令可以清零。
进一步的技术方案还可以是，所述中央控制模块还配置为控制所述光标活动区域显现为左中右布置的三个子区域，分别为左侧子区域、右侧子区域和中间子区域；当轮椅处于静止状态时，在所述左侧子区域内呈现出所述前进按键，在所述右侧子区域内呈现出所述后退按键，在所述中间区域呈现出所述确认按键。这样就能更加直观地观察和使用这些目标按键。所述光标活动区域的各个子区，可以是一个框线标识的区域，也可以是用不用颜色、图案表征的区域等任何能够让其显著作出区别即可。
进一步的技术方案还可以是，所述中央控制模块还配置为当轮椅处于运动状态时，在无需所述光标实施“点击”确认的情况下，若所述光标位于所述中间子区域，则直接控制所述轮椅的动力装置让所述轮椅保持直行，若所述光标移动到所述左侧子区域，则直接控制所述轮椅的动力装置让所述轮椅往左转向，转向速度与所述光标在所述左侧子区域中往左偏移的行程成正比，若所述光标移动到所述右侧子区域，则直接控制所述轮椅的动力装置让所述轮椅往右转向，转向速度与所述光标在所述右侧子区域中往右偏移的行程成正比。该构架的好处是无需对按键实施“点击”动作，即可借助于移动所述光标，就直接调整所述轮椅的移动方向和移动速度，从而大大提高所述轮椅使用过程中的移动灵活性和安全性，提高了使用效能。所述光标在子区域中偏移行程，可以是以左、右的所述子区域靠近中间的边线为基准计算，越往左行走或往右行走，偏移的行程越大。
进一步的技术方案还可以是，所述目标按键还包括加速按键、减速按键，所述中央控制模块还配置为当轮椅处于运动状态时，让所述显示界面的光标活动区域内呈现出左右布置的加速按键、减速按键，当轮椅处于静止状态时，不呈现所述加速按键、减速按键；所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的加速按键或减速按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅的动力装置执行所述加速按键或减速按键所表征的轮椅加速或减速动作指令。将所述加速按键、减速按键设置为需要“点击”的目标按键，这样可以提高使用的安全性。当轮椅处于静止状态时，所述加速按键、减速按键在所述光标活动区域内的不呈现方式可以通过软件程序灵活处理 ，例如可以隐藏，也可以显示但失去响应功能。
进一步的技术方案还可以是，所述目标按键还包括喇叭按键，所述中央控制模块还配置为让所述显示界面的光标活动区域还呈现出所述喇叭按键，所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的喇叭按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅的喇叭发出声响信号。由于所述喇叭按键主要关联于安全问题，为此所述喇叭按键可以在轮椅处于静止状态或/和运动状态时呈现出来，具体的呈现方式可以根据用户的需要或特点进行配置。本方案可以与上述的加速按键、减速按键方案合并使用。
进一步的技术方案还可以是，所述目标按键还包括SOS按键，所述中央控制模块还配置为让所述显示界面的光标活动区域还呈现出所述SOS按键，所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的SOS按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅的通信模块发出求救信号并让所述轮椅的动力装置停止工作。由于所述SOS按键也主要关联于安全问题，为此所述SOS按键可以在轮椅处于静止状态或/和运动状态时呈现出来，具体的呈现方式可以根据用户的需要或特点进行配置。本方案可以与上述加速按键、减速按键或喇叭按键方案合并使用。
进一步的技术方案还可以是，还包括停止开关，所述停止开关信号连接所述中央控制模块，所述停止开关用于响应停止指令，将与所述停止指令对应的停止信号提供给所述中央控制模块并让所述轮椅的动力装置停止工作。在该方案中，所述停止开关的停止信号可以直接让所述轮椅的动力装置停止工作并将停止信号提供给所述中央控制模块；另一种方案是，所述停止开关的停止信号首先传递给所述中央控制模块，再由所述中央控制模块控制所述轮椅的动力装置停止工作。
所述停止开关的设置方式是可以多种选择的，首先对于能够用手臂、腿部或身体动作操控机械开关的人士，最好采用在所述轮椅上安装直接接触性的机械型电开关，例如刹车装置或急停按钮开关，这样直接明了而且反应速度快从而提高安全性。而对于重度残疾的人士使用的轮椅，可以采用不同于上述机械式的停止开关方案，而是采用将代表停止指令的按键直接呈现在所述显示界面的光标活动区域内，通过所述中央控制模块响应所述信号采集模块的指令来集中控制。本方案可以与上述的加速按键、减速按键、喇叭按键或SOS按键方案合并使用。
进一步的技术方案还可以是，在所述轮椅上设置运动传感器，所述运动传感器信号连接所述中央控制模块，所述运动传感器用于响应所述轮椅动力装置的运动状态并将对应于所述运动状态的运动信号提供给所述中央控制模块，所述中央控制模块布置为响应所述运动传感器所传递的运动信号，相应地管控所述信号显示器的显示界面选择呈现所述目标按键。这样所述中央控制模块可以利用所述运动传感器的运动提供的所述轮椅动力装置的运动状态信号，再去控制显示界面的内容。本方案可以与上述的所述显示界面的光标活动区域内设置所述加速按键、减速按键、喇叭按键、SOS按键或停止开关方案合并使用。
进一步的技术方案还可以是，所述信号采集模块所采集表达控制光标左右移动意图的指令是头部的左偏或右偏动作信号；所述信号采集模块所采集表达对所述光标所捕捉目标按键予以确认的指令是眨眼动所导致的眼电信号（EOG）。
根据上述方案所具有的优点和特点，为此可以应用于具有信号采集模块、信号显示器的轮椅智能控制系统中。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的结构示意图；
图2a是本发明的人机交互的静态页面示意图；
图2b是本发明的人机交互的动作页面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对实施本发明的轮椅智能控制系统作进一步详细的描述。
参见图1，本发明实施例主要提供一种基于头部姿态、眨眼确认而实现对目标按键捕捉并确认的轮椅智能控制系统，包括用户1、信号采集模块2、中央控制模块3、信号显示器4和轮椅5。
其中所述用户1的头部佩戴有信号采集用的头环，所述头环内集成有信号采集模块2及非插入式的传感器例如陀螺仪，从而能够检测头部左偏和右偏等动作的头部姿态角，利用头部左偏和右偏等动作表达控制光标左右移动意图的指令，所述信号采集模块2将所采集的表达光标移动指令信号传递给所述中央控制模块3；在其它的实施方案中还可以采用身体的左偏或右偏，前倾或后倾等肢体动作实现表达对控制光标左右移动意图的指令。所述头环内还集成有能够检测眼部运动例如眨眼动作导致的眼部电信号（EOG）的检测器，从而利用眨眼动作表达对所述光标所捕捉对象例如目标按键的“点击”确认，所述信号采集模块2将所采集的表达对光标所捕捉对象予以点击确认的眼部电信号（EOG）传递给所述中央控制模块3。这些技术可以参考中国专利申请号为CN20191118627.9，名称为“基于人体表达的二维意图的特定标识控制方法和装置”中所披露的相关技术方案。在其它的方案中还可以通过摄像机系统采集头部左偏和右偏等动作并经过内部算法计算后输出所需的指令信号。
其次，表达对所述光标所捕捉对象例如目标按键予以点击确认的动作，还可以是一种区别于表达控制光标左右移动意图的指令的其它肢体动作例如手臂的动作或者是头部的连续重复动作等，或是一种特定的面部表情动作，甚至也可是语音命令。在采用语音控制的系统中只要配置一个拾音器及其控制插件即可，其中讯飞语音识别技术就是一种不错的选择。
所述中央控制模块3根据所述信号采集模块2所提供的指令信号，不仅管控所述轮椅5工作而且让所述信号显示器4配合在其显示界面上呈现对所述光标所进行的操控。所述中央控制模块3是整个电动轮椅系统的控制中心，包含有CPU及算法识别模块，用于对所述信号采集模块2所提供的指令信号进行算法识别、提取、模型训练和数据存储，让所述信号显示器4配合显示交互信息，而且也控制所述轮椅5工作，还可以接收所述轮椅5所反馈的信号。所述交互信息包括光标、光标移动、目标按键等。所述中央控制模块3设置在所述信号显示器4中，在另一种方案中还可以设置在所述轮椅5上设置的控制盒中或分散布置在几个设备中，所述信号采集模块2、信号显示器4通过信号线或无线方式电信号连接所述中央控制模块3。
所述信号显示器4与中央控制模块3信号连接并具有显示界面，所述信号显示器4安装于所述轮椅5之上，正面朝向用户方向，用于配合所述中央控制模块3在显示界面中显示系统状态，以及为用户提供对所述轮椅5的操控监视界面，配合显示交互信息等。所述轮椅5用于在所述中央控制模块3的控制下工作，也还可以向所述中央控制模块3提供反馈信号。其中，所述中央控制模块3根据在显示界面中配合呈现的所述光标的不同动作和位置，输出对应的控制指令给所述轮椅5，所述轮椅5根据接收到的控制指令执行相对应的动作。所述轮椅5包括供操作人员倚坐的支撑部位，驱动所述轮椅5移动的动力装置6、提供声响的喇叭7及与外部通讯的通信模块8等，还可以自备充电电池供电。
在所述中央控制模块3的控制下，所述信号显示器4在其显示界面中配合呈现的目标按键，是一种模拟按键用于表征所述轮椅5的动力装置6、喇叭7、通信模块8等机构所需分别执行的相应动作。所述中央控制模块3控制所述显示界面配合呈现包括两级界面，分别是如图2a所示的静态页面和如图2b所示的动作页面。当所述轮椅5处于静止状态时所述中央控制模块3控制显示静态页面，当所述轮椅5处于移动状态时所述中央控制模块3控制显示动作页面。所述目标按键可以分别显示在静态页面或动作页面中。
所述静态页面，如图2a所示首先是在所述显示界面中间或周边适当区域用框线标识呈现并界定出一条带状的光标活动区域A，从而便于明显区别和识别该区域。在其它的应用中，所述光标活动区域A还可以是一个无框线区域，也可以是用不同颜色、图案表征的一个长条状区域等，皆是可以实施的可选择方案。在所述光标活动区域A中呈现有光标，所述光标呈箭头状呈现在所述光标活动区域A中并被限制只能在其中向左或向右移动，不能上下移动；其中所述光标活动区域A既可以在显示界面中沿水平方向布置，在其它的等同实施方案中也可以竖向设置。当所述中央控制模块3在依据某种事件例如停止指令、不能满足控制阈值等指示下回复到初始状态或自动地回复到初始状态时，所述光标自动复位到所述光标活动区域A的中间位置等待重新启用。当所述信号采集模块2采集到表达控制光标向左移动或向右移动意图指令的光标移动指令信号时，将其传递给所述中央控制模块3，所述中央控制模块3配置为响应所述信号采集模块2所传递的光标移动指令信号相应地控制所述光标在所述信号显示器4显示界面的光标活动区域中向左移动或向右移动去捕捉所述显示界面中的目标按键。
所述静态页面显示的目标按键至少包括在所述光标活动区域A中按照左、右方位布置的前进按键、后退按键，所述前进按键用文字或朝左的单个三角形图案呈现标识，所述后退按键用文字或朝右的单个三角形图案呈现标识，可以将所述前进按键、后退按键分置在所述光标活动区域A的两个端部，还可以是，在所述静态页面将所述光标活动区域A划分为左右布置的二个子区域，分别为左侧子区域a1和右侧子区域a3，所述前进按键、后退按键分置呈现在所述左侧子区域a1和右侧子区域a3中。此时，所述中央控制模块3配置为响应所述信号采集模块2所传递的光标移动指令信号，相应地控制所述光标在所述信号显示器4的显示界面中向左移动到所述左侧子区域a1去相应地捕捉所呈现的前进按键，或向右移动到所述右侧子区域a3去相应地捕捉所呈现的后退按键。所述中央控制模块3还配置为响应所述信号采集模块2所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器4配合在所述显示界面中显示出所述光标对所捕捉目标按键（即前进按键、后退按键）予以“点击”确认后，控制所述轮椅5的动力装置6执行所 “点击”的目标按键所表征的轮椅5前行或后退工作指令。当所述轮椅5开始移动，页面切换到所述动作页面，所述前进按键、后退按键在所述动作页面中不呈现出来，既可以通过软件程序处理予以隐藏，也可以显示但失去响应功能。
所述“点击”确认实际上是一种确认信号，类似于鼠标的点击动作，这种确认过程通过所述中央控制模块3统一安排完成。所述显示对目标按键的“点击”确认，一般来说包括让被点击的目标按键变颜色，配合发出提示声响，成功点击的提示弹窗，光标本身显示一个点击的动作或光标本身改变显示图像等任何让用户感觉已经完成点击动作的表示而且所述中央控制模块也实际开始后续执行该点击指令，都是可行的方案。
根据上述方案所实施的操作案例中，所述信号采集模块2采集到用户头部姿态角的变化，当用户头部向左摆动偏转时，将光标往水平方向左移，反之则往右移；其次所述信号采集模块2对用户眨眼所产生的眼电信号（EOG）进行检测，实时检测并判断用户当前是否有执行眨眼动作。另外，为了提高使用的安全性，本实施例的所述头环内还安装有能够采集脑电信号（EEG）的EEG传感器，所述信号采集模块2利用所述脑电信号（EEG）对用户当前的专注度（注意力）水平进行实时检测，输出一个指定区间范围内的模拟数值给所述中央控制模块3，还可以通过所述信号显示器4予以显示，专注度模拟数值越大，代表专注度水平越高。所述中央控制模块3为用户专注度检测预设了一个阈值，当所述中央控制模块3检测到用户有执行眨眼动作且专注度检测的输出大于阈值时，则控制所述光标呈现出执行点击操作，反之所述光标不执行任何点击操作。这些技术可以参考本申请人早期提出的申请号为202110287796.3，名称为“人机交互的闭环性鼠标标识控制系统”的技术内容。本实施例引入专注度阈值，能够大大减少外部噪音及使用者急躁、粗心大意导致的误操作，提高使用轮椅5的安全性。
其次，在所述静态页面显示的目标按键还包括确认按键，所述确认按键用中文文字例如“确认”、英文文字例如OK或单个方框图案呈现标识，甚至还可以添加显示颜色。所述中央控制模块3还配置为当所述轮椅5处于静止状态时，控制让所述光标活动区域A内呈现出所述确认按键，所述确认按键布置在所述前进按键、后退按键之间并相互之间具有间距；所述中央控制模块3还配置为响应所述信号采集模块2所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器4配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的前进按键予以“点击”确认并进一步移动所述光标对所捕捉的确认按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅5的动力装置6工作，执行所述前进按键所表征的轮椅5前行工作指令；所述中央控制模块3还配置为响应所述信号采集模块2所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器4配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的后退按键予以“点击”确认并进一步移动所述光标对所捕捉的确认按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅5的动力装置6工作，执行所述后退按键所表征的轮椅5后退工作指令。即首先点击确认所述前进按键或后退按键的基础上，再点击确认所述确认按键后，再让所述轮椅5的动力装置6执行前行或后退的工作指令。这样通过在所述前进按键、后退按键之间设置所述确认按键，不仅形成了对所述前进按键、后退按键切换使用的空间缓冲，而且分两步，其中最后一步增加对所捕捉的所述确认按键予以“点击”确认作为驱动所述轮椅5前行或后退移动的前置条件，进一步增加对使用所述轮椅5的安全性。当所述轮椅5处于移动状态时，所述确认按键在所述光标活动区域A内不呈现，既可以通过软件程序处理予以隐藏，也可以显示但失去响应功能。
进一步的方案还可以是，所述中央控制模块3控制所述静态页面将所述光标活动区域A显现划分为左中右布置的三个子区域，分别为左侧子区域a1、中间子区域a2和右侧子区域a3，三个子区域用框线或用不同颜色区域予以区分，所述前进按键、后退按键分置呈现在左侧子区域a1和右侧子区域a3，所述确认按键呈现在所述中间子区域a2中。
进一步的方案还可以是，所述中央控制模块3还配置为在所述光标对所捕捉的前进按键或后退按键予以“点击”确认并进一步在设定阈值时间内对所捕捉的确认按键予以“点击”确认的基础上，再控制所述轮椅5的动力装置6执行所述前进按键、后退按键所分别表征的轮椅5前行、后退工作指令，如果在设置的阈值时间内没有对所捕捉的确认按键予以“点击”确认，则所述中央控制模块3回复到初始状态。所述阈值时间是产品出厂设计时预先在软件程序中设置的时间长度，一般来说可以根据用户的特点在3秒到10秒钟之间选择设置例如3秒、4秒、5秒、7秒、9秒、10秒等，甚至还可以进一步加长时间。
如图2b所示的是当所述轮椅5处于运动状态时所述显示界面中的动作页面。在所述动作页面中，首先布置界定的也是所述光标活动区域A，同时将所述光标活动区域A划分为三个子区域，其次呈现的目标按键包括左右布置的加速按键、减速按键，当所述轮椅5处于静止状态时，所述加速按键、减速按键在所述光标活动区域A内不会呈现，既可以通过软件程序处理予以隐藏，也可以显示但失去响应功能。所述加速按键、减速按键左右布置在所述光标活动区域A中的适当位置，例如图示的三个子区域中的中间子区域a2中。所述加速按键用文字或朝左的两个三角形图案呈现标识，甚至还可以添加显示颜色，所述减速按键用文字或朝右的两个三角形图案呈现标识，甚至还可以添加显示颜色。这样当轮椅5处于运动状态时，如果所述光标捕捉到所述加速按键或减速按键，所述中央控制模块3配置为响应所述信号采集模块2所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器4配合在所述显示界面中显示所述光标对所述加速按键或减速按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅5执行所“点击”加速按键或减速按键所表征的轮椅5需要加速或减速移动的动作指令。将所述加速按键、减速按键设置为需要“点击”确认的目标按键，这样可以提高轮椅使用的安全性。
在所述动作页面中，所述中央控制模块3还可以控制在所述光标活动区域A内布置呈现的目标按键包括喇叭按键，所述喇叭按键用文字或图案呈现标识，所述中央控制模块3还配置为响应所述信号采集模块2所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器4配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的喇叭按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅5的喇叭7发出声响信号。由于所述喇叭按键主要关联于安全问题，为此所述喇叭按键可以在所述轮椅5处于静止状态或/和运动状态时都呈现出来，具体的呈现方式可以根据用户的需要或特点进行布置，只要不与其它目标按键存在冲突就行。所述喇叭按键可以布置在所述光标活动区域A中的适当位置，例如图示的三个子区域中的中间子区域a2中。本方案可以与上述的加速按键、减速按键方案合并使用。
在所述动作页面中，所述中央控制模块3还可以在所述光标活动区域A内控制布置呈现的目标按键包括SOS按键，所述SOS按键用文字或图案呈现标识，所述中央控制模块3还配置为响应所述信号采集模块2所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器4配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的SOS按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅5的通信模块8发出求救信号并让所述轮椅5的动力装置6停止工作。由于所述SOS按键也主要关联于安全问题，为此所述SOS按键可以在所述轮椅5处于静止状态或/和运动状态时都呈现出来，具体的呈现方式可以根据用户的需要或特点进行配置。其次，更加简捷的配置方式还可以是让所述光标捕捉到SOS按键无需“点击”确认，就直接控制所述轮椅5的通信模块8发出求救信号并让所述轮椅5的动力装置6停止工作。所述SOS按键可以布置在所述光标活动区域A中的适当位置，例如图示的三个子区域中的中间子区域a2中。本方案可以与上述加速按键、减速按键或喇叭按键方案合并使用。
进一步的技术方案还可以是，还可以让所述通信模块8配置为接收全球定位信号并向云端发送自己的位置信号，这样便于远程监控所述轮椅5的位置。在这种方案中，还可以通过移动设备安装APP方式实现云端实时监控。
进一步的技术方案还可以是，所述中央控制模块3还配置为当所述轮椅5处于运动状态时，在无需所述光标实施“点击”确认的情况下，若所述光标移动到（位于）所述中间子区域a2，则直接控制所述轮椅5的动力装置6让所述轮椅5保持直行，若所述光标移动到所述左侧子区域a1，则直接控制所述轮椅5的动力装置6让所述轮椅5往左转向，转向速度与所述光标在所述左侧子区域a1中往左偏移的行程成正比，若所述光标移动到所述右侧子区域a3，则直接控制所述轮椅5的动力装置6让所述轮椅5往右转向，转向速度与所述光标在所述右侧子区域a3中往右偏移的行程成正比。该构架的好处是无需对按键实施“点击”动作即可提高移动所述光标直接调整所述轮椅5的移动方向和移动速度，从而大大提高了所述轮椅5使用过程中的移动灵活性和安全性，提高了使用效能。所述光标在子区域（a1 、a2）中偏移行程，可以是以左、右的所述子区域（a1 、a2）靠近中间区域a3的边线为基准计算，越往左行走或往右行走，偏移的行程越大。
进一步的技术方案还可以是，为了让已经开始移动的所述轮椅5停止下来，本实施例的所述轮椅5上设置机械式的停止开关9，所述停止开关9电信号连接所述中央控制模块3，所述停止开关9是直接接触性的机械型按钮开关，对于能够用手臂、腿部或身体动作操控机械开关的人士，可以直接操控例如按压所述停止开关9这样直接明了而且反应速度快从而提高安全性。所述停止开关9用于响应停止指令，将与所述停止指令对应的停止信号提供给所述中央控制模块3并让所述轮椅5的动力装置6停止工作。在该方案中，所述停止开关9的停止指令信号可以直接让所述轮椅5的动力装置6停止工作并将停止信号提供给所述中央控制模块3；另一种等同的实施方案是，所述停止开关9的停止指令首先传递给所述中央控制模块3，再由所述中央控制模块3控制所述轮椅5的动力装置6停止工作。
所述停止开关9还可以采用与所述中央控制模块3电信号连接的刹车装置，操作所述刹车装置不仅能够让所述轮椅5停下来而且又能向所述中央控制模块3传递停止移动的信号。对于完全不能使用机械式开关的人士例如重度残疾的人士使用的轮椅5，可以将代表停止指令的按键直接呈现在所述显示界面的如图2b所示的动作页面的光标活动区域A内，通过所述中央控制模块3响应所述信号采集模块2所传递的停车指令来集中控制。本方案可以与上述的所述显示界面的光标活动区域A内设置所述加速按键、减速按键、喇叭按键或SOS按键方案合并使用。
进一步的技术方案还可以是，在所述轮椅5上设置运动传感器10，所述运动传感器10信号连接所述中央控制模块3，所述运动传感器10用于响应所述轮椅5的动力装置6的运动状态并将对应于所述运动状态的运动信号提供给所述中央控制模块3，所述中央控制模块3布置为响应所述运动传感器10所传递的运动信号，相应地管控所述信号显示器4的显示界面选择呈现所述目标按键，例如相应地呈现如图2a所示的静态页面或如图2b所示的动作页面，当然还可以包括其它方面的内容。这样所述中央控制模块3可以利用所述运动传感器10所提供的所述轮椅5的动力装置6的运动状态信号，再去控制显示界面的内容。本方案可以与上述的所述显示界面的光标活动区域A内设置所述加速按键、减速按键、喇叭按键、SOS按键或停止开关9方案合并使用。
就所述中央控制模块3来说，如何甄别所述轮椅5是否处于运动状态，除了可以使用运动传感器10所反馈的信号予以判断外，还可以利用中央控制模块3自己所发出的让所述轮椅5的动力装置6执行所 “点击”所述前进按键、后退按键所表征的轮椅5前行或后退工作指令，再加上所述停止开关9所反馈的停止信号等，予以自动判断甄别所述轮椅5是否处于运动状态；或者是上述两种方法的组合使用。为此如图2a所示的静态页面和如图2b所示的动作页面之间的切换，绑定所述轮椅5是否处于运动状态是有很多方案可以实现的。
上述实施方案至少在所述轮椅5的操作效能、便利性和安全性方面，相比传统技术而言具有实质性改进和显著进步。
Claims (10)
1.轮椅智能控制系统，包括信号采集模块、中央控制模块、信号显示器和轮椅，其中，所述信号显示器安装在所述轮椅上并信号连接所述中央控制模块，所述信号显示器用于配合所述中央控制模块在显示界面中直观地为用户显示交互信息，所述交互信息包括光标、目标按键，所述轮椅用于在所述中央控制模块的控制下工作；其特征在于，
所述中央控制模块，配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中界定出一条带状的光标活动区域，一个所述光标布置在所述光标活动区域中并被限制在所述光标活动区域中沿左、右方向移动，所述目标按键包括前进按键和后退按键，当轮椅处于静止状态时，在所述光标活动区域内呈现出左右布置的所述前进按键和后退按键，当轮椅处于运动状态时，不呈现所述前进按键和后退按键；
所述信号采集模块用于采集表达控制光标向左移动或向右移动意图的指令并生成相应的光标移动指令信号传递给所述中央控制模块，所述中央控制模块，还配置为响应所述信号采集模块所传递的光标移动指令信号，相应地让所述信号显示器配合显示所述光标在所述显示界面的光标活动区域中向左移动或向右移动，去捕捉所述显示界面中呈现的目标按键；
所述信号采集模块还用于采集表达对所述光标所捕捉目标按键予以确认的指令并生成相应的按键确认指令信号传递给所述中央控制模块，所述中央控制模块，还配置为响应所述信号采集模块所传递的按键确认指令信号，相应地让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的前进按键或后退按键予以“点击”确认后，控制所述轮椅的动力装置执行所“点击”的前进按键或后退按键所表征的轮椅前行或后退的工作指令。
2.根据权利要求1所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，所述目标按键还包括确认按键，所述中央控制模块还配置为当轮椅处于静止状态时，让所述光标活动区域内呈现出所述确认按键，所述确认按键位于所述前进按键、后退按键之间，当轮椅处于运动状态时，不呈现所述确认按键；所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的前进按键予以“点击”确认并进一步对所捕捉的确认按键予以“点击”确认的基础上，再控制所述轮椅的动力装置执行所述前进按键所表征的轮椅前行工作指令；所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的后退按键予以“点击”确认并进一步对所捕捉的确认按键予以“点击”后，再控制所述轮椅的动力装置执行所述后退按键所表征的轮椅后退工作指令。
3.根据权利要求2所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，所述中央控制模块还配置为在所述光标对所捕捉的前进按键或后退按键予以“点击”确认并进一步在设定阈值时间内对所捕捉的确认按键予以“点击”确认的基础上，再控制所述轮椅的动力装置执行所述前进按键、后退按键所分别表征的轮椅前行、后退工作指令，如果在设置的阈值时间内没有对所捕捉的确认按键予以“点击”确认，则所述中央控制模块回复到初始状态。
4.根据权利要求2所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，所述中央控制模块还配置为控制所述光标活动区域显现为左中右布置的三个子区域，分别为左侧子区域、右侧子区域和中间子区域；当轮椅处于静止状态时，在所述左侧子区域内呈现出所述前进按键，在所述右侧子区域内呈现出所述后退按键，在所述中间区域呈现出所述确认按键。
5.根据权利要求4所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，所述中央控制模块还配置为当轮椅处于运动状态时，在无需所述光标实施“点击”确认的情况下，若所述光标位于所述中间子区域，则直接控制所述轮椅的动力装置让所述轮椅保持直行，若所述光标移动到所述左侧子区域，则直接控制所述轮椅的动力装置让所述轮椅往左转向，转向速度与所述光标在所述左侧子区域中往左偏移的行程成正比，若所述光标移动到所述右侧子区域，则直接控制所述轮椅的动力装置让所述轮椅往右转向，转向速度与所述光标在所述右侧子区域中往右偏移的行程成正比。
6.根据权利要求1到5任一所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，所述目标按键还包括加速按键、减速按键，所述中央控制模块还配置为当轮椅处于运动状态时，让所述显示界面的光标活动区域内呈现出左右布置的加速按键、减速按键，当轮椅处于静止状态时，不呈现所述加速按键、减速按键；所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的加速按键或减速按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅的动力装置执行所述加速按键或减速按键所表征的轮椅加速或减速动作指令。
7.根据权利要求1到5任一所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，所述目标按键还包括喇叭按键，所述中央控制模块还配置为让所述显示界面的光标活动区域还呈现出所述喇叭按键，所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的喇叭按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅的喇叭发出声响信号。
8.根据权利要求1到5任一所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，所述目标按键还包括SOS按键，所述中央控制模块还配置为让所述显示界面的光标活动区域还呈现出所述SOS按键，所述中央控制模块还配置为让所述信号显示器配合在所述显示界面中显示所述光标对所捕捉的SOS按键予以“点击”确认后，再控制所述轮椅的通信模块发出求救信号并让所述轮椅的动力装置停止工作。
9.根据权利要求1到5任一所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，还包括停止开关，所述停止开关信号连接所述中央控制模块，所述停止开关用于响应停止指令，将与所述停止指令对应的停止信号提供给所述中央控制模块并让所述轮椅的动力装置停止工作。
10.根据权利要求1到5任一所述的轮椅智能控制系统，其特征在于，在所述轮椅上设置运动传感器，所述运动传感器信号连接所述中央控制模块，所述运动传感器用于响应所述轮椅动力装置的运动状态并将对应于所述运动状态的运动信号提供给所述中央控制模块，所述中央控制模块布置为响应所述运动传感器所传递的运动信号，相应地管控所述信号显示器的显示界面选择呈现所述目标按键。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210723 |