CN116312081A - 一种基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，涉及孤独症治疗领域。基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置包括人形主机和训练球，人形主机包括躯干、头部和两个手臂，头部安装于躯干的上部，两个手臂活动安装于躯干的两侧，躯干的内部安装有控制器，头部设有显示屏；两个手臂与躯干之间均设有手臂驱动机构，手臂还设有肘关节驱动机构和腕关节驱动机构；手臂驱动机构、肘关节驱动机构和腕关节驱动机构用于带动手臂接球和抛球动作，显示屏用于呈现互动表情和演示动画；在社交互动状态时，显示屏呈现互动表情，手臂展示手臂动作；在活动演示状态时，显示屏播放传球动画，手臂演示接球和抛球动作；在传球训练状态时，手臂实施接球和抛球动作。
Description
技术领域
本发明涉及孤独症治疗技术领域，特别是涉及一种基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置。
背景技术
孤独症谱系障碍是一种以社交沟通障碍、狭隘的兴趣及重复刻板行为为主要症状的儿童发育障碍类疾病。主要临床表现为：回避目光对视，缺乏与同龄儿童交往的行为；对一般儿童感兴趣的玩具和游戏缺乏兴趣，行为刻板等。
如授权公告号为CN217067344U、授权公告日为2022.07.29的中国实用新型专利公开了一种自闭症辅助治疗仪，具体公开了该自闭症辅助治疗仪包括声音采集器、视频采集器、语音播放器、显示屏、控制按钮、控制器和电源，还包括人形载体，人形载体包括头部、颈部、躯体、上肢体和下肢体；声音采集器安装在头部的耳朵位置处，视频采集器安装在头部的眼睛位置处，语音播放器安装在头部的嘴巴位置处，显示屏安装在躯体的胸部位置处，控制按钮安装在躯体的腹部位置处；控制器与声音采集器、视频采集器、语音播放器、显示屏及控制按钮连接。
现有技术中的自闭症辅助治疗仪采用高仿真化的人形载体来设置用于实现语言训练课程的各个部件，使得孤独症儿童更愿意进行语言训练。但是，不仅要解决孤独症儿童的社交沟通障碍，运动发育落后也是孤独症儿童康复训练面临的难题，现有自闭症治疗装置的训练内容单一，不能对运动功能起到训练作用，无法实现运动－社交－认知融合干预的目的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，以解决现有自闭症治疗装置的训练内容单一，不能对运动功能起到训练作用，无法实现运动－社交－认知融合干预的问题。
本发明的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置的技术方案为：
基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置包括人形主机和训练球，所述人形主机包括躯干、头部和两个手臂，所述头部安装于所述躯干的上部，两个所述手臂活动安装于所述躯干的两侧，所述躯干的内部安装有控制器，所述头部设有显示屏和摄像头；
两个所述手臂与所述躯干之间均设有手臂驱动机构，所述手臂上还设有肘关节驱动机构和腕关节驱动机构，所述控制器分别与所述显示屏、所述摄像头、所述手臂驱动机构、所述肘关节驱动机构和所述腕关节驱动机构电连接；
所述手臂驱动机构、所述肘关节驱动机构和所述腕关节驱动机构用于带动所述手臂进行接球和抛球动作，所述摄像头用于拍摄前方儿童的实时画面，所述显示屏用于呈现互动表情和演示动画；
所述人形主机还设有扬声器和麦克风，所述控制器与所述扬声器、所述麦克风电连接，所述扬声器用于播放交流语音，所述麦克风用于接收语音并将语音信号发送至所述控制器，所述控制器根据语音信号控制所述显示屏和所述手臂工作；
所述人形主机具有社交互动状态、活动演示状态和传球训练状态，在社交互动状态时，所述显示屏呈现互动表情，所述手臂展示手臂动作；在活动演示状态时，所述显示屏播放传球动画，所述手臂演示接球和抛球动作；在传球训练状态时，所述手臂实施接球和抛球动作。
作为进一步的优选方案，所述人形主体的外形为卡通儿童形象，所述头部与所述躯干之间设有头部驱动机构，所述头部驱动机构用于在社交互动状态时带动所述头部发生扭头、歪头、低头和抬头动作。
卡通儿童形象更容易引起儿童的关注和兴趣，有利于消除儿童与治疗装置之间的陌生感，便于开展后续的训练互动内容；头部能够相对于躯干发生扭头、歪头、低头和抬头动作，可从多方面向儿童表达社交信号，增强了人机互动方式的丰富性。
作为进一步的优选方案，所述躯干的上部转动安装有头部支座，所述头部支座与所述头部之间连接有第一头部铰轴和第二头部铰轴，所述第一头部铰轴的轴线方向与所述第二头部铰轴的轴线方向相垂直，所述第一头部铰轴和所述第二头部铰轴处均安装有头部步进电机。
作为进一步的优选方案，所述躯干的两侧分别设有手臂支座，所述手臂支座与所述手臂之间连接有第一手臂铰轴和第二手臂铰轴，所述第一手臂铰轴的轴线方向与所述第二手臂铰轴的轴线方向相垂直，所述第一手臂铰轴和所述第二手臂铰轴处均安装有手臂步进电机。
作为进一步的优选方案，两个所述手臂的结构相同，所述手臂包括大臂段、小臂段和手部，所述大臂段与所述小臂段铰接相连，所述小臂段与所述手部铰接相连，所述肘关节驱动机构为肘关节步进电机，所述腕关节驱动机构为腕关节步进电机。
作为进一步的优选方案，所述控制器还电连接有存储模块，所述存储模块中预设有语音程序、显示程序和动作程序，所述控制器用于根据语音程序控制所述扬声器播放交流语音；所述控制器用于根据显示程序控制所述显示屏的工作；所述控制器还用于根据动作程序控制所述手臂的动作。
作为进一步的优选方案，所述躯干的内部还设有语音识别模块，所述语音识别模块与所述控制器电连接，所述语音识别模块用于将所述麦克风发出的语音信号转换为控制信号，所述控制器用于接收控制信号并控制所述人形主机的工作状态。
作为进一步的优选方案，所述训练球为可充气塑胶球，所述训练球上设有定位标记，所述人形主机上还设有距离传感器，所述距离传感器与所述定位标记感应配合，以获取所述训练球的空间位置并调整所述手臂至接球位置。
作为进一步的优选方案，所述人形主机的下部安装有移动滚轮、驱动电机和转向机构，所述驱动电机与所述移动滚轮传动连接，所述转向机构用于带动所述移动滚轮调整移动方向。
作为进一步的优选方案，所述人形主机的背面设有操控面板，所述操控面板与所述控制器电连接，所述操控面板上安装有状态切换按钮。
有益效果：该基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置包括人形主机和训练球，其中，人形主机采用躯干、头部、显示屏、摄像头、扬声器、麦克风以及两个手臂的结构形式，两个手臂均设有手臂驱动机构、肘关节驱动机构和腕关节驱动机构，驱动机构可带动两个手臂进行接球动作和抛球动作，较为简单的运动形式适用于孤独症儿童的干预治疗，通过人机之间传递训练球的方式，以起到运动交互和活动训练的作用，能够提高孤独症儿童与外界事物的交流能力。
并且，麦克风可接收语音并由控制器控制显示屏、扬声器和手臂工作，通过麦克风录入声音，扬声器用于播放交流语音；其一、控制器接收语音信号并分析得出对应的交流内容，通过扬声器播放出交流语音，实现人机语音交流的目的；其二、控制器还根据语音信号分析得出对应的互动表情，通过显示屏呈现出互动表情；其三、控制器还根据语音信号分析得出手臂所需的动作，通过手臂动作向儿童表达亲近感和趣味性。结合了语音交流、表情互动以及肢体动作的三种社交方式，能够帮助孤独症儿童突破沟通障碍，从而唤醒孤独症儿童的社交兴趣。
该人形主机具有社交互动状态、活动演示状态和传球训练状态，在社交互动状态时，显示屏呈现互动表情，手臂展示手臂动作，从视觉感官上来吸引孤独症儿童的注意，快速地使儿童对整个装置产生兴趣，为后续的运动训练和交流互动打下基础。在活动演示状态时，显示屏播放传球动画，手臂演示接球和抛球动作，通过屏幕和手臂演示来引导孤独症儿童运动，接球和抛球动作的难度适当，两种演示方式更方便孤独症儿童的学习模仿。在传球训练状态时，手臂实施接球和抛球动作，借助球类游戏可增强儿童与外界的互动性，在锻炼运动能力的同时，改善了孤独症儿童的社交障碍缺陷，最终实现运动－社交－认知融合干预的目的。
附图说明
图1为本发明的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置的具体实施例中儿童孤独症治疗装置的主视示意图；
图2为本发明的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置的具体实施例中头部驱动机构的侧视示意图；
图3为本发明的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置的具体实施例中儿童孤独症治疗装置的控制原理图。
图中：1－躯干、11－扬声器、12－麦克风、2－头部、21－显示屏、22－摄像头、201－头部支座、202－第一头部铰轴、203－第二头部铰轴、204－头部步进电机、3－手臂、31－大臂段、32－小臂段、33－手部、4－训练球、5－移动滚轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置的具体实施例1，如图1至图3所示，基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置包括人形主机和训练球4，人形主机包括躯干1、头部2和两个手臂3，头部2安装于躯干1的上部，两个手臂3活动安装于躯干1的两侧，躯干1的内部安装有控制器，头部2设有显示屏21和摄像头22；两个手臂3与躯干1之间均设有手臂驱动机构，手臂3上还设有肘关节驱动机构和腕关节驱动机构，控制器分别与显示屏21、摄像头22、手臂驱动机构、肘关节驱动机构和腕关节驱动机构电连接；手臂驱动机构、肘关节驱动机构和腕关节驱动机构用于带动手臂3进行接球和抛球动作，摄像头22用于拍摄前方儿童的实时画面，显示屏21用于呈现互动表情和演示动画。
人形主机还设有扬声器11和麦克风12，控制器与扬声器11、麦克风12电连接，扬声器11用于播放交流语音，麦克风12用于接收语音并将语音信号发送至控制器，控制器根据语音信号控制显示屏21、扬声器11和手臂3工作；人形主机具有社交互动状态、活动演示状态和传球训练状态，在社交互动状态时，显示屏21呈现互动表情，手臂3展示手臂动作；在活动演示状态时，显示屏21播放传球动画，手臂3演示接球和抛球动作；在传球训练状态时，手臂3实施接球和抛球动作。
该基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置包括人形主机和训练球4，其中，人形主机采用躯干1、头部2、显示屏21、摄像头22、扬声器11、麦克风12以及两个手臂3的结构形式，两个手臂3均设有手臂驱动机构、肘关节驱动机构和腕关节驱动机构，驱动机构可带动两个手臂3进行接球动作和抛球动作，较为简单的运动形式适用于孤独症儿童的干预治疗，通过人机之间传递训练球4的方式，以起到运动交互和活动训练的作用，能够提高孤独症儿童与外界事物的交流能力。
并且，麦克风12可接收语音并由控制器控制显示屏21、扬声器11和手臂3工作，通过麦克风12录入声音，扬声器11用于播放交流语音；其一、控制器接收语音信号并分析得出对应的交流内容，通过扬声器11播放出交流语音，实现人机语音交流的目的；其二、控制器还根据语音信号分析得出对应的互动表情，通过显示屏21呈现出互动表情；其三、控制器还根据语音信号分析得出手臂3所需的动作，通过手臂3动作向儿童表达亲近感和趣味性。结合了语音交流、表情互动以及肢体动作的三种社交方式，能够帮助孤独症儿童突破沟通障碍，从而唤醒孤独症儿童的社交兴趣。
该人形主机具有社交互动状态、活动演示状态和传球训练状态，在社交互动状态时，显示屏21呈现互动表情，手臂3展示手臂动作，从视觉感官上来吸引孤独症儿童的注意，快速地使儿童对整个装置产生兴趣，为后续的运动训练和交流互动打下基础。在活动演示状态时，显示屏21播放传球动画，手臂3演示接球和抛球动作，通过屏幕和手臂3演示来引导孤独症儿童运动，接球和抛球动作的难度适当，两种演示方式更方便孤独症儿童的学习模仿。在传球训练状态时，手臂3实施接球和抛球动作，借助球类游戏可增强儿童与外界的互动性，在锻炼运动能力的同时，改善了孤独症儿童的社交障碍缺陷，最终实现运动－社交－认知融合干预的目的。
在本实施例中，人形主体的外形为卡通儿童形象，头部2与躯干1之间设有头部驱动机构，头部驱动机构对应于人形主体的颈部位置，头部驱动机构用于在社交互动状态时带动头部发生扭头、歪头、低头和抬头动作。卡通儿童形象更容易引起儿童的关注和兴趣，有利于消除儿童与治疗装置之间的陌生感，便于开展后续的训练互动内容。头部2能够相对于躯干1发生扭头、歪头、低头和抬头动作，可从多方面向儿童表达社交信号，增强了人机互动方式的丰富性。
具体的，躯干1的上部转动安装有头部支座201，头部支座201与头部2之间连接有第一头部铰轴202和第二头部铰轴203，第一头部铰轴202的轴线方向与第二头部铰轴203的轴线方向相垂直，头部支座201、第一头部铰轴202和第二头部铰轴203处均安装有头部步进电机204。头部支座201的转动轴线沿竖向设置，通过头部支座201的头部步进电机可实现左右扭头动作；第一头部铰轴202的轴线方向沿左右方向设置，通过第一头部铰轴202的头部步进电机可实现歪头动作；第二头部铰轴203的轴线方向沿前后方向设置，通过第二头部铰轴203的头部步进电机可实现低头和抬头动作，头部2的动作灵活性更好，容易引起孤独症儿童的感知互动。
作为进一步的优选方案，躯干1的两侧分别设有手臂支座，手臂支座与手臂3之间连接有第一手臂铰轴和第二手臂铰轴，第一手臂铰轴的轴线方向与第二手臂铰轴的轴线方向相垂直，第一手臂铰轴和第二手臂铰轴处均安装有手臂步进电机。并且，两个手臂3的结构相同，手臂3包括大臂段31、小臂段32和手部33，大臂段31与小臂段32铰接相连，小臂段32与手部33铰接相连，肘关节驱动机构为肘关节步进电机，腕关节驱动机构为腕关节步进电机。通过手臂步进电机、肘关节步进电机和腕关节步进电机的机构设置，可实现手臂3展示手臂动作，以及接球和抛球动作。
在本实施例中，控制器还电连接有存储模块，存储模块中预设有语音程序、显示程序和动作程序，控制器用于根据语音程序控制扬声器播放交流语音。具体的，语音程序中包含语音数据库，控制器根据语音信号分析出语音数据库中对应的交流内容，确定并提取该语音数据，通过扬声器播放出交流语音，实现人机语音交流互动的目的。
控制器用于根据显示程序控制显示屏21的工作，具体的，显示程序中包含表情数据和动画数据，控制器根据语音信号分析出所需的表情数据和动画数据，确定并提取表情数据和动画数据，通过显示屏21呈现互动表情和演示动画。控制器还用于根据动作程序控制手臂的动作，具体的，动作程序中包含多组动作控制参数，控制器根据语音和图像信号分析出所需的手臂动作，实现人机肢体动作互动的目的。
作为进一步的优选方案，躯干1的内部还设有语音识别模块，语音识别模块与控制器电连接，语音识别模块用于将麦克风发出的语音信号转换为控制信号，控制器用于接收控制信号并控制人形主机的工作状态。
另外，训练球4为可充气塑胶球，训练球4上设有定位标记，人形主机上还设有距离传感器，距离传感器与训练球4的定位标记感应配合，以获取训练球4的空间位置并调整手臂3至接球位置。可充气塑胶球的直径为35cm，重量小且材质软，方便儿童轻松举起；通过训练球4的定位标记以及距离传感器的设计，确保人形主机能够精准地捕捉到训练球4的位置，从而使手臂3能够可靠完成接球和抛球动作。
其中，人形主机的下部安装有移动滚轮5、驱动电机和转向机构，驱动电机与移动滚轮5传动连接，转向机构用于带动移动滚轮调整移动方向。通过移动滚轮5和转向机构的设计，赋予了人形主机在小范围内平移运动的能力，提高了整机转移的灵活性。并且，人形主机的背面设有操控面板，操控面板与控制器电连接，操控面板上安装有状态切换按钮，可根据不同阶段的孤独症儿童，选择出相适应的工作状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，包括人形主机和训练球，所述人形主机包括躯干、头部和两个手臂，所述头部安装于所述躯干的上部，两个所述手臂活动安装于所述躯干的两侧，所述躯干的内部安装有控制器，所述头部设有显示屏和摄像头；
两个所述手臂与所述躯干之间均设有手臂驱动机构，所述手臂上还设有肘关节驱动机构和腕关节驱动机构，所述控制器分别与所述显示屏、所述摄像头、所述手臂驱动机构、所述肘关节驱动机构和所述腕关节驱动机构电连接；
所述手臂驱动机构、所述肘关节驱动机构和所述腕关节驱动机构用于带动所述手臂进行接球和抛球动作，所述摄像头用于拍摄前方儿童的实时画面，所述显示屏用于呈现互动表情和演示动画；
所述人形主机还设有扬声器和麦克风，所述控制器与所述扬声器、所述麦克风电连接，所述扬声器用于播放交流语音，所述麦克风用于接收语音并将语音信号发送至所述控制器，所述控制器根据语音信号控制所述显示屏和所述手臂工作；
所述人形主机具有社交互动状态、活动演示状态和传球训练状态，在社交互动状态时，所述显示屏呈现互动表情，所述手臂展示手臂动作；在活动演示状态时，所述显示屏播放传球动画，所述手臂演示接球和抛球动作；在传球训练状态时，所述手臂实施接球和抛球动作。
2.根据权利要求1所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述人形主体的外形为卡通儿童形象，所述头部与所述躯干之间设有头部驱动机构，所述头部驱动机构用于在社交互动状态时带动所述头部发生扭头、歪头、低头和抬头动作。
3.根据权利要求2所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述躯干的上部转动安装有头部支座，所述头部支座与所述头部之间连接有第一头部铰轴和第二头部铰轴，所述第一头部铰轴的轴线方向与所述第二头部铰轴的轴线方向相垂直，所述第一头部铰轴和所述第二头部铰轴处均安装有头部步进电机。
4.根据权利要求1所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述躯干的两侧分别设有手臂支座，所述手臂支座与所述手臂之间连接有第一手臂铰轴和第二手臂铰轴，所述第一手臂铰轴的轴线方向与所述第二手臂铰轴的轴线方向相垂直，所述第一手臂铰轴和所述第二手臂铰轴处均安装有手臂步进电机。
5.根据权利要求4所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，两个所述手臂的结构相同，所述手臂包括大臂段、小臂段和手部，所述大臂段与所述小臂段铰接相连，所述小臂段与所述手部铰接相连，所述肘关节驱动机构为肘关节步进电机，所述腕关节驱动机构为腕关节步进电机。
6.根据权利要求1所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述控制器还电连接有存储模块，所述存储模块中预设有语音程序、显示程序和动作程序，所述控制器用于根据语音程序控制所述扬声器播放交流语音；所述控制器用于根据显示程序控制所述显示屏的工作；所述控制器还用于根据动作程序控制所述手臂的动作。
7.根据权利要求1所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述躯干的内部还设有语音识别模块，所述语音识别模块与所述控制器电连接，所述语音识别模块用于将所述麦克风发出的语音信号转换为控制信号，所述控制器用于接收控制信号并控制所述人形主机的工作状态。
8.根据权利要求1所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述训练球为可充气塑胶球，所述训练球上设有定位标记，所述人形主机上还设有距离传感器，所述距离传感器与所述定位标记感应配合，以获取所述训练球的空间位置并调整所述手臂至接球位置。
9.根据权利要求1所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述人形主机的下部安装有移动滚轮、驱动电机和转向机构，所述驱动电机与所述移动滚轮传动连接，所述转向机构用于带动所述移动滚轮调整移动方向。
10.根据权利要求1所述的基于球类游戏的儿童孤独症治疗装置，其特征是，所述人形主机的背面设有操控面板，所述操控面板与所述控制器电连接，所述操控面板上安装有状态切换按钮。
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