CN116631150A - 脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质 - Google Patents

脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN116631150A
CN116631150A CN202310539099.1A CN202310539099A CN116631150A CN 116631150 A CN116631150 A CN 116631150A CN 202310539099 A CN202310539099 A CN 202310539099A CN 116631150 A CN116631150 A CN 116631150A
Authority
CN
China
Prior art keywords
user
wheelchair
brain
distance
safety
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310539099.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116631150B (zh
Inventor
胡方扬
魏彦兆
唐海波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiaozhou Technology Co ltd
Original Assignee
Xiaozhou Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiaozhou Technology Co ltd filed Critical Xiaozhou Technology Co ltd
Priority to CN202310539099.1A priority Critical patent/CN116631150B/zh
Publication of CN116631150A publication Critical patent/CN116631150A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116631150B publication Critical patent/CN116631150B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61G—TRANSPORT, PERSONAL CONVEYANCES, OR ACCOMMODATION SPECIALLY ADAPTED FOR PATIENTS OR DISABLED PERSONS; OPERATING TABLES OR CHAIRS; CHAIRS FOR DENTISTRY; FUNERAL DEVICES
    • A61G5/00—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs
    • A61G5/04—Chairs or personal conveyances specially adapted for patients or disabled persons, e.g. wheelchairs motor-driven
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F4/00—Methods or devices enabling patients or disabled persons to operate an apparatus or a device not forming part of the body 
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30—Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/31—User authentication
    • G06F21/32—User authentication using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voiceprints
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/015—Input arrangements based on nervous system activity detection, e.g. brain waves [EEG] detection, electromyograms [EMG] detection, electrodermal response detection
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/165—Anti-collision systems for passive traffic, e.g. including static obstacles, trees
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/166—Anti-collision systems for active traffic, e.g. moving vehicles, pedestrians, bikes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

本发明属于智能控制技术领域，公开了一种脑控轮椅防碰撞报警方法及装置、设备、存储介质，通过根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算用户的延迟距离，并在轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，同时引入外部环境因子，基于延迟距离、传感距离、安全距离、注意力集中度和外部环境因子计算安全值，在传感距离小于安全距离且安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息，如此可以在减小轮椅碰撞风险，提高轮椅操作安全性的同时，减少不必要的报警提示，从而可以降低误警率。

Description

脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质
技术领域
本发明属于智能控制技术领域，具体涉及一种脑控轮椅防碰撞报警方法及装置、设备、存储介质。
背景技术
脑控轮椅是一种新型的智能轮椅，配置有人工智能系统，可以通过脑电图扫描技术来了解人的意图，从而控制轮椅移动。使用者只要戴上一个装有电极的头环，就可以按自己的意愿指挥轮椅的行动。该人工智能系统还可以在检测到障碍物有碰撞风险时进行报警，让轮椅停下或者自行避开障碍物。
现有技术手段主要是通过摄像头和图像处理软件识别障碍物与轮椅的距离，在距离过近时判定有碰撞风险，进行碰撞提示。
但在实践中发现，仅仅依据与障碍物的距离进行碰撞报警的方法，判定因素较少，比较单一，因此有可能产生误提醒，误警率比较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脑控轮椅防碰撞报警方法及装置、设备、存储介质，可以减小轮椅碰撞风险，提高操作轮椅的安全性，同时降低误警率。
本发明第一方面公开一种脑控轮椅防碰撞报警方法，包括：
获取用户的延迟距离，所述延迟距离根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算得到；
当轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，以及获取外部环境因子；
根据所述延迟距离、所述传感距离、所述安全距离、所述注意力集中度和所述外部环境因子，计算安全值；
当所述安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息。
在一些实施例中，获取用户的延迟距离之前，所述方法还包括：
当检测到轮椅的承载压力值达到指定压力值时，判定用户坐上轮椅；
采集用户生物特征信息，根据所述用户生物特征信息进行用户身份验证；
在用户身份验证成功时，根据用户的实时脑电信号控制轮椅移动。
在一些实施例中，在用户身份验证成功时，根据用户的实时脑电信号控制轮椅移动，包括：
在用户身份验证成功时，输出激励信号；
若在输出所述激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，根据脑电响应信号确定目的地位置；
根据轮椅的当前位置和目的地位置，规划得到轮椅的导航路线；
将所述导航路线显示在用户视野中的电子屏上；
根据用户响应于所述导航路线的实时脑电信号控制轮椅移动。
在一些实施例中，所述输出激励信号，包括：
根据用户生物特征信息调取对应的任务清单；
从所述任务清单中确定用户生物特征信息所属的用户在当前时刻应当前往的目的地类型；
获取与所述目的地类型相符合的多个候选目的地；
将多个候选目的地作为激励信号显示在用户视野中的电子屏上。
在一些实施例中，若在输出所述激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，根据脑电响应信号确定目的地位置，包括：
若监测到用户注视某一个候选目的地且注视维持时长超过预设时长，判定在输出激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，以及将用户注视的该候选目的地的具体方位确定为目的地位置。
在一些实施例中，获取与所述目的地类型相符合的多个候选目的地，包括：
在环境数据库中调取与所述目的地类型相符合的多个环境图像；
从多个环境图像中提取出位置特征；
将所述位置特征输入预先训练好的识别模型，获得多个候选目的地。
在一些实施例中，获取用户的延迟距离，包括：
调取所述用户生物特征信息对应的历史操作数据；
根据所述历史操作数据，确定用户的操作熟练度；
根据所述操作熟练度，确定用户的延迟时间；其中，所述操作熟练度与所述延迟时间呈负相关关系；
根据所述延迟时间与轮椅的移动速度，计算获得用户的延迟距离。
本发明第二方面公开一种脑控轮椅防碰撞报警装置，包括：
第一获取单元，用于获取用户的延迟距离，所述延迟距离根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算得到；
第二获取单元，用于在轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，以及获取外部环境因子；
计算单元，用于根据所述延迟距离、所述传感距离、所述安全距离、所述注意力集中度和所述外部环境因子，计算安全值；
提醒单元，用于在所述安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息。
本发明第三方面公开一种电子设备，包括存储有可执行程序代码的存储器以及与所述存储器耦合的处理器；所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行第一方面公开的脑控轮椅防碰撞报警方法。
本发明第四方面公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行第一方面公开的脑控轮椅防碰撞报警方法。
本发明的有益效果在于，通过根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算用户的延迟距离，并在轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，同时引入外部环境因子，基于延迟距离、传感距离、安全距离、注意力集中度和外部环境因子计算安全值，在传感距离小于安全距离且安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息，如此可以在减小轮椅碰撞风险，提高轮椅操作安全性的同时，减少不必要的报警提示，从而可以降低误警率。
附图说明
此处的附图，示出了本发明所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本发明的技术方案、原理及效果。
除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。
图1是本发明实施例公开的一种脑控轮椅防碰撞报警方法的流程图；
图2是本发明实施例公开的一种脑控轮椅防碰撞报警装置的结构示意图；
图3是本发明实施例公开的一种电子设备的结构示意图。
附图标记说明：
201、第一获取单元；202、第二获取单元；203、计算单元；204、提醒单元；301、存储器；302、处理器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照说明书附图对本发明的具体实施例进行更详细的描述。
除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本发明的技术方案以现实的场景的情况下，本文所使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本发明的技术方案的目的相对应的含义。本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
需要说明的是，当元件被认为“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上，也可以是存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是同时存在居中元件；当一个元件被认为是“安装在”另一个元件，它可以是直接安装在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设在”另一个元件，它可以是直接设在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。
除非特别说明或另有定义，本文所使用的“所述”、“该”为相应位置之前所提及或描述的技术特征或技术内容，该技术特征或技术内容与其所提及的技术特征或技术内容可以是相同的，也可以是相似的。此外，本文所使用的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本发明实施例公开一种脑控轮椅防碰撞报警方法。该方法的执行主体可为脑控轮椅(以下简称轮椅)或与轮椅通信连接的电子设备，如计算机电脑、笔记本电脑、平板电脑等电子设备，或内嵌于轮椅中的脑控轮椅防碰撞报警装置，或内嵌于电子设备中的脑控轮椅防碰撞报警装置，本发明对此不作限定。
如图1所示，该方法包括以下步骤110～140：
110、获取用户的延迟距离以及轮椅与障碍物之间的传感距离。其中，延迟距离根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算得到。
作为一种可选的实施方式，在执行步骤110之前，还可以进行用户身份验证，具体包括以下步骤101～103：
101、当检测到轮椅的承载压力值达到指定压力值时，判定用户坐上轮椅。
在轮椅的座位上可以设置有压力传感器，每当有人坐上轮椅的座位时，即可检测到相应的承载压力值。因此在检测到轮椅的承载压力值达到指定压力值时，则可判定用户坐上轮椅。其中，指定压力值可由开发人员预先设定的经验数值，或可预先采集轮椅的使用者的体重数据，基于使用者的体重数据与本轮椅进行绑定，从而确定指定压力值的数值。
102、采集用户生物特征信息，根据用户生物特征信息进行用户身份验证。
在判定用户坐上轮椅后，还可以进一步采集用户生物特征信息，根据用户生物特征信息对用户身份进行验证。具体的，将用户生物特征信息与预存的标准生物特征信息进行匹配，当匹配度达到指定阈值时，判定用户身份验证成功。
其中，在脑控轮椅的座位前方还可以设置有摄像模组，可用于采集用户的人脸数据作为用户生物特征信息；或者，在轮椅的座位扶手部件上还可以设置有扫描装置，当用户的手放置于扶手部件上时，该扫描装置可以采集用户的手指指纹信息作为用户生物特征信息。
103、在用户身份验证成功时，根据用户的实时脑电信号控制轮椅移动。
进一步优选的，步骤103可以包括以下步骤1031～1035：
1031、在用户身份验证成功时，输出激励信号。
需要说明的是，脑控轮椅一般配备有脑机控制装置，通常是采用一顶带有微纳电极的头环和电子屏，显示屏用于输出激励信号，头套用于采集用户大脑产生的脑电信号并处理完成后送给轮椅的中央控制器。它主要是通过对人的脑电波进行采集、滤波、特征提取以及模式识别之后，判断出人当前的意图并将识别的结果发送给控制器进而控制轮椅的运动。因此，在用户身份验证成功后，即可输出相应的激励信号显示于电子屏上，诱发用户产生脑电信号，基于用户脑电信号确定目的地位置。
作为一种可选的实施方式，步骤1031中输出激励信号的方式可以包括：
根据用户生物特征信息调取对应的任务清单，从任务清单中确定用户生物特征信息所属的用户在当前时刻应当前往的目的地类型，如手术室、超声检查室或洗手间等。然后，获取与该目的地类型相符合的多个候选目的地，如洗手间对应的多个候选目的地包括：一楼洗手间、二楼洗手间或三楼东南角洗手间、三楼西北角洗手间；最后将多个候选目的地作为激励信号分别显示在用户视野中的电子屏上。
其中，获取与该目的地类型相符合的多个候选目的地可以包括：在环境数据库中调取与该目的地类型相符合的多个环境图像，从多个环境图像中提取出位置特征，将位置特征输入预先训练好的识别模型，获得多个候选目的地。
通过上述实施方式，可以推荐多个相同类型不同位置的目的地给用户选择，基于人机交互实时识别用户选择的目的地，极大地提高了目的地选择的多样性和便捷性，同时用户也可以在实时视野下进行临时的目的地变更，使得脑控轮椅的操作更加方便，智能化程度更高，用户体验更好。
1032、若在输出激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，根据脑电响应信号确定目的地位置。
其中，脑电响应信号是在用户注视一个候选目的地且注视维持时长超过预设时长时产生的。具体在将多个候选目的地作为激励信号分别显示在用户视野中的电子屏上之后，若监测到用户注视某一个候选目的地且注视维持时长超过预设时长，判定在输出激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，将用户注视的该候选目的地的具体方位确定为目的地位置。
1033、根据轮椅的当前位置和目的地位置，规划得到轮椅的导航路线。
轮椅的当前位置包括但不限于室内定位或室外定位。如果是室外定位，可通过设置于轮椅上的卫星定位模块进行卫星定位，如果是室内定位，可通过轮椅检测到的无线信号(如wifi)进行定位，本发明对此不作限定。进一步具体的，可以将轮椅的当前位置和目的地位置输入路线规划模型，以使路线规划模型进行路线拟合，从而得到轮椅的导航路线。
1034、将导航路线显示在用户视野中的电子屏上。
1035、根据用户响应于导航路线的实时脑电信号控制轮椅移动。
进一步可选的，在根据用户响应于导航路线的实时脑电信号控制轮椅移动的过程中，获取轮椅的实时位置，并监测实时位置是否偏离导航路线，若实时位置未位于导航路线上，发出偏离路线的提示信息。
由于人脑产生的脑电信号极为复杂，且诱发产生控制轮椅移动的脑电信号所需时间一般因人而异，而脑电信号传递给轮椅中央控制器所需时间一般是固定的，因此本发明中将诱发用户产生控制轮椅移动的脑电信号所需时间定义为该用户的延迟时间，本发明应用于轮椅移动的场景下，在轮椅的移动过程中，轮椅具有一定的移动速度，根据该用户的延迟时间与当前轮椅的移动速度，即可计算得到专属于该用户及当前轮椅的延迟距离。
具体的，步骤110中获取用户的延迟距离的方式，可以包括以下步骤1101～1104：
1101、调取用户生物特征信息对应的历史操作数据。
在获取用户生物特征信息之后，则可以从数据库中调取相应的用户的历史操作数据，历史操作数据包括但不限于基于历史用户脑电信号确定的移动速度指令、转动角度幅度指令、遇到障碍物时的避障指令等等。
1102、根据历史操作数据，确定用户的操作熟练度。
然后基于这些历史操作数据与预设标准操作数据进行比对，判断，根据比对结果，对该用户进行打分得到操作熟练度/熟练分值。其中，比对结果主要是用于评价用户是否存在违规或不合理操作，如碰撞/触碰障碍物(如行人、病床、固定座椅，过道墙壁等)等，在之后的打分过程中，主要是按照预设规则根据用户是否存在违规或不合理操作、以及存在哪些违规或不合理操作，对该用户进行打分。
1103、根据操作熟练度，确定用户的延迟时间。其中，操作熟练度与延迟时间呈负相关关系。
一般来说，用户的操作熟练度越高，其对应的延迟时间就越短。可以通过以下公式(1)计算用户的延迟时间t：
式中，t表示用户的延迟时间，单位一般为秒；s表示用户的操作熟练度，b为常数，表示偏置值，可由开发人员预先设定。
1104、根据延迟时间与轮椅的移动速度，计算获得用户的延迟距离。
在计算延迟距离d1时，可将延迟时间与轮椅的移动速度相乘计算得到对应的延迟距离。例如，假设延迟时间t为0.25秒，而轮椅的移动速度为0.5米/秒，则可计算得延迟距离为0.125米。
120、当传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，以及获取外部环境因子。
可通过设置于轮椅上的雷达传感器实时获取目标物体(即障碍物)与轮椅前端的传感距离d2。当d2小于安全距离时，可以根据实时脑电信号判断用户的注意力集中度，注意力集中度越高，说明注意力越集中，轮椅碰撞风险越小。或者，也可以通过眼动跟踪设备监测用户的眼动指标，如定点次数、定点持续时间、瞳孔直径变化等，根据用户的眼动指标评价其视觉注意力的集中状况。同时根据设置于轮椅上的图像/光线/声音传感器收集外部环境因子，如室内光线强度、人流量、外部噪音(人比较容易受到外部声音而走神)等。
130、根据延迟距离、传感距离、安全距离、注意力集中度和外部环境因子，计算安全值。
基于传感距离d2、延迟距离d1、安全距离、外部环境因子和注意力集中度计算安全值S，在权重方面：传感距离d2＞注意力集中度＞外部环境因子，其中，传感距离d2与安全值呈正相关关系，因为距离障碍物越近，越容易产生碰撞，安全值越低。延迟距离与安全值呈负相关关系，延迟距离越小，说明操作熟练度越大，因此安全值越大。注意力集中度与安全值呈正相关关系，也即注意力集中度越大，安全值就越大。引入注意力的目的在于有的时候用户注意力非常集中，不需要在小于预设的安全距离时就报警。而外部环境因子会直接影响到脑电信号的准确性，外部环境因子与安全值呈负相关关系，外部环境因子越大，安全值就越小，例如人流量较大会影响用户视野。
作为一种可选的实施方式，安全值的计算公式可为：
安全值S＝α*注意力集中度+β*(传感距离d2-延迟距离d1)/安全距离+γ*(1-外部环境因子)
其中，α、β、γ分别为权重参数，其值在0到1之间，三者之和为1。权重参数根据变量对安全值影响的大小确定，影响越大，权重参数的值越大。
各变量定义如下:
安全值：表示系统在当前状态下的安全运行程度，值越大表示安全性越高。
注意力集中度：0到1之间，表示用户注意力集中程度，值越高集中程度越高。对应于用户状态，影响操控精度。
传感距离d2:以米为单位，表示系统环境感知范围。对应于系统环境感知能力，值越大感知范围越广。
延迟距离d1:以米为单位，根据用户脑电信号的延迟时间t(秒)与轮椅移动速度v(米/秒)计算，表示环境在该延迟时间内的变化量。对应于系统动态响应能力，值越小响应能力越强。
安全距离:以米为单位，可设置为经验常数，或者可设为动态值，如，在障碍物为行人等可移动物体时，根据障碍物移动速度v(米/秒)与加速度a(米/秒2)确定，表示系统安全运行所需环境稳定量。对应于系统安全运行需求，值越大安全需求越高。
外部环境因子:0到10之间，根据视觉和声学信息评定环境复杂程度，值越大环境越复杂。对应于环境复杂性，值越小环境越简单，安全值就越大。
作为另一种可选的实施方式，安全值的计算公式还可为：
安全值S＝α*注意力集中度+β*(传感距离d2-延迟距离d1+延迟修正值)/安全距离+γ*(1-外部环境因子)
其中，增加了延迟修正值这一个变量。延迟修正值的定义为：以米为单位，根据障碍物移动加速度a(米/秒2)与响应时间t(秒)计算，表示可能的额外障碍物移动量。对应于系统动态控制需求，值越小控制需求越小。延迟修正值的正负和障碍物移动方向有关。在计算安全值之前，可以先判断障碍物的移动方向，如果障碍物与轮椅相向运动，则延迟修正值为负值；如果障碍物与轮椅同向运动(如一同向前)，并非相向运动，则延迟修正值为正值。
延迟修正值是考虑障碍物移动的一项补偿。它代表系统在障碍物发生变化至传感并作出响应这段时间内，障碍物已继续变化的程度。障碍物越是快速变化，延迟修正值应越大。因为在系统响应之前，障碍物已经继续显著变化，这会增加实际响应延迟，影响系统安全系数。加入延迟修正值可以在一定程度上补偿障碍物移动导致的延迟增加。
障碍物(比如移动的行人、移动的手术台车)的移动速度v:以米/秒为单位，表示障碍物中影响系统安全运行的变化特征。它对应于障碍物移动的定速度，以确定系统在该速度下需要的安全运行距离，即动态安全距离。值越大，障碍物移动速度越快，系统安全运行需求越高。
障碍物移动加速度a:以米/秒2为单位，表示障碍物中影响系统安全运行的变化特征的变化率，例如障碍物加速度。它对应于障碍物移动的加速变化，以确定在系统响应时间内障碍物可能产生的额外变化，即延迟修正值。值越大，障碍物移动加速度越大，系统动态控制难度越高。举例来说明:
场景1:行人以每秒0.5米的速度匀速行走，行人移动速度v＝0.5米/秒。在系统0.5秒的响应时间内，行人可能变化0.5*0.5＝0.25米。轮椅系统可能需要2米的安全距离进行安全运行，以应对行人的定速移动。
场景2:行人以每秒0.1米/秒2的加速度缓慢加速行走，行人移动加速度a＝0.1米/秒2。在系统0.5秒的响应时间内，行人可能在变化0.25米的基础上，再变化0.1*0.52＝0.025米。
所以，障碍物移动速度v主要对应于障碍物移动的定量特征，以确定系统安全运行需求。障碍物移动加速度a主要对应于障碍物移动的变化率特征，以确定在系统响应时间内障碍物可能产生的额外变化，这增加了系统动态控制的难度。
140、当安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息。
当安全值S小于预设安全阈值时，提示报警。并且在发出防碰撞报警信息之后的指定时长内，可以监测轮椅是否减速或停下，也即监测用户的实时脑电信号是否作出响应策略，例如控制轮椅减速或停下。若在发出防碰撞报警信息之后的指定时长内轮椅未由用户脑控而减速或停下，则可进一步采取升级策略，如控制轮椅紧急制动，以使轮椅自动停下。
可见，实施本发明实施例，通过根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算用户的延迟距离，并在轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，同时引入外部环境因子，基于延迟距离、传感距离、安全距离、注意力集中度和外部环境因子计算安全值，在传感距离小于安全距离且安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息，如此可以在减小轮椅碰撞风险，提高轮椅操作安全性的同时，减少不必要的报警提示，从而可以降低误警率。
如图2所示，本发明实施例公开一种脑控轮椅防碰撞报警装置，包括第一获取单元201、第二获取单元202、计算单元203和提醒单元204，其中，
第一获取单元201，用于获取用户的延迟距离，延迟距离根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算得到；
第二获取单元202，用于在轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，以及获取外部环境因子；
计算单元203，用于根据延迟距离、传感距离、安全距离、注意力集中度和外部环境因子，计算安全值；
提醒单元204，用于在安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息。
可选的，上述防碰撞报警装置还可以包括以下未图示的单元：
压力检测单元，用于在第一获取单元201获取用户的延迟距离之前，当检测到轮椅的承载压力值达到指定压力值时，判定用户坐上轮椅；
身份验证单元，用于在用户坐上轮椅时，采集用户生物特征信息，根据用户生物特征信息进行用户身份验证；
控制单元，用于在用户身份验证成功时，根据用户的实时脑电信号控制轮椅移动。
可选的，上述控制单元可以包括以下未图示的子单元：
激励子单元，用于在用户身份验证成功时，输出激励信号；
响应子单元，用于在输出激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号时，根据脑电响应信号确定目的地位置；
规划子单元，用于根据轮椅的当前位置和目的地位置，规划得到轮椅的导航路线；
显示子单元，用于将导航路线显示在用户视野中的电子屏上；
控制子单元，用于根据用户响应于导航路线的实时脑电信号控制轮椅移动。
进一步可选的，上述激励子单元包括以下未图示的模块：
调取模块，用于在用户身份验证成功时，根据用户生物特征信息调取对应的任务清单；以及，从任务清单中确定用户生物特征信息所属的用户在当前时刻应当前往的目的地类型；
推荐模块，用于获取与目的地类型相符合的多个候选目的地；
显示模块，用于将多个候选目的地作为激励信号显示在用户视野中的电子屏上。
相应的，上述响应子单元，具体用于在显示模块将多个候选目的地作为激励信号显示在用户视野中的电子屏上之后，若监测到用户注视某一个候选目的地且注视维持时长超过预设时长，判定在输出激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，以及将用户注视的该候选目的地的具体方位确定为目的地位置。
进一步可选的，上述推荐模块，具体用于在环境数据库中调取与目的地类型相符合的多个环境图像，从多个环境图像中提取出位置特征，将位置特征输入预先训练好的识别模型，获得多个候选目的地。
作为一种可选的实施方式，第一获取单元201具体用于调取用户生物特征信息对应的历史操作数据，根据历史操作数据确定用户的操作熟练度；以及根据操作熟练度确定用户的延迟时间；其中，操作熟练度与延迟时间呈负相关关系；以及根据延迟时间与轮椅的移动速度，计算获得用户的延迟距离。
如图3所示，本发明实施例公开一种电子设备，包括存储有可执行程序代码的存储器301以及与存储器301耦合的处理器302；
其中，处理器302调用存储器301中存储的可执行程序代码，执行上述各实施例中描述的脑控轮椅防碰撞报警方法。
本发明实施例还公开一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行上述各实施例中描述的脑控轮椅防碰撞报警方法。
以上实施例的目的，是对本发明的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本发明的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本发明的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本发明的保护范围。
以上实施例也并非是基于本发明的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.脑控轮椅防碰撞报警方法，其特征在于，包括：
获取用户的延迟距离，所述延迟距离根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算得到；
当轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，以及获取外部环境因子；
根据所述延迟距离、所述传感距离、所述安全距离、所述注意力集中度和所述外部环境因子，计算安全值；
当所述安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息。
2.如权利要求1所述的脑控轮椅防碰撞报警方法，其特征在于，获取用户的延迟距离之前，所述方法还包括：
当检测到轮椅的承载压力值达到指定压力值时，判定用户坐上轮椅；
采集用户生物特征信息，根据所述用户生物特征信息进行用户身份验证；
在用户身份验证成功时，根据用户的实时脑电信号控制轮椅移动。
3.如权利要求2所述的脑控轮椅防碰撞报警方法，其特征在于，在用户身份验证成功时，根据用户的实时脑电信号控制轮椅移动，包括：
在用户身份验证成功时，输出激励信号；
若在输出所述激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，根据脑电响应信号确定目的地位置；
根据轮椅的当前位置和目的地位置，规划得到轮椅的导航路线；
将所述导航路线显示在用户视野中的电子屏上；
根据用户响应于所述导航路线的实时脑电信号控制轮椅移动。
4.如权利要求3所述的脑控轮椅防碰撞报警方法，其特征在于，所述输出激励信号，包括：
根据用户生物特征信息调取对应的任务清单；
从所述任务清单中确定用户生物特征信息所属的用户在当前时刻应当前往的目的地类型；
获取与所述目的地类型相符合的多个候选目的地；
将多个候选目的地作为激励信号显示在用户视野中的电子屏上。
5.如权利要求4所述的脑控轮椅防碰撞报警方法，其特征在于，若在输出所述激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，根据脑电响应信号确定目的地位置，包括：
若监测到用户注视某一个候选目的地且注视维持时长超过预设时长，判定在输出激励信号后的预设时长内接收到脑电响应信号，以及将用户注视的该候选目的地的具体方位确定为目的地位置。
6.如权利要求4所述的脑控轮椅防碰撞报警方法，其特征在于，获取与所述目的地类型相符合的多个候选目的地，包括：
在环境数据库中调取与所述目的地类型相符合的多个环境图像；
从多个环境图像中提取出位置特征；
将所述位置特征输入预先训练好的识别模型，获得多个候选目的地。
7.如权利要求2至6任一项所述的脑控轮椅防碰撞报警方法，其特征在于，获取用户的延迟距离，包括：
调取所述用户生物特征信息对应的历史操作数据；
根据所述历史操作数据，确定用户的操作熟练度；
根据所述操作熟练度，确定用户的延迟时间；其中，所述操作熟练度与所述延迟时间呈负相关关系；
根据所述延迟时间与轮椅的移动速度，计算获得用户的延迟距离。
8.脑控轮椅防碰撞报警装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取用户的延迟距离，所述延迟距离根据用户的操作熟练度和轮椅的移动速度计算得到；
第二获取单元，用于在轮椅与障碍物之间的传感距离小于安全距离时，获取用户的注意力集中度，以及获取外部环境因子；
计算单元，用于根据所述延迟距离、所述传感距离、所述安全距离、所述注意力集中度和所述外部环境因子，计算安全值；
提醒单元，用于在所述安全值小于预设安全阈值时，发出防碰撞报警信息。
9.电子设备，其特征在于，包括存储有可执行程序代码的存储器以及与所述存储器耦合的处理器；所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行权利要求1至7任一项所述的脑控轮椅防碰撞报警方法。
10.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行权利要求1至7任一项所述的脑控轮椅防碰撞报警方法。
CN202310539099.1A 2023-05-12 2023-05-12 脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质 Active CN116631150B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310539099.1A CN116631150B (zh) 2023-05-12 2023-05-12 脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310539099.1A CN116631150B (zh) 2023-05-12 2023-05-12 脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116631150A true CN116631150A (zh) 2023-08-22
CN116631150B CN116631150B (zh) 2024-01-23

Family

ID=87637488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310539099.1A Active CN116631150B (zh) 2023-05-12 2023-05-12 脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116631150B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140277582A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Neurolutions, Inc. Brain-controlled body movement assistance devices and methods
CN107640150A (zh) * 2017-09-13 2018-01-30 深圳市鑫汇达机械设计有限公司 一种安全性高的防碰撞系统
CN109204307A (zh) * 2018-10-30 2019-01-15 吉林大学 获取自适应防碰撞预警距离的方法、存储介质及系统
CN109276379A (zh) * 2018-11-16 2019-01-29 中国医学科学院生物医学工程研究所 一种基于ssvep脑控轮椅室内控制训练的系统和方法
CN114652532A (zh) * 2022-02-21 2022-06-24 华南理工大学 基于ssvep与注意力检测的多功能脑控轮椅系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140277582A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Neurolutions, Inc. Brain-controlled body movement assistance devices and methods
CN107640150A (zh) * 2017-09-13 2018-01-30 深圳市鑫汇达机械设计有限公司 一种安全性高的防碰撞系统
CN109204307A (zh) * 2018-10-30 2019-01-15 吉林大学 获取自适应防碰撞预警距离的方法、存储介质及系统
CN109276379A (zh) * 2018-11-16 2019-01-29 中国医学科学院生物医学工程研究所 一种基于ssvep脑控轮椅室内控制训练的系统和方法
CN114652532A (zh) * 2022-02-21 2022-06-24 华南理工大学 基于ssvep与注意力检测的多功能脑控轮椅系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN116631150B (zh) 2024-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11257223B2 (en) Systems and methods for user detection, identification, and localization within a defined space
KR102408257B1 (ko) 조기에 위험을 경고하는 방법 및 장치
CA2917060C (en) Operator drowsiness detection in surface mines
US20190259284A1 (en) Pedestrian detection for vehicle driving assistance
KR101644443B1 (ko) 시공적 상황데이터를 이용한 경고 방법 및 시스템
US7801332B2 (en) Controlling a system based on user behavioral signals detected from a 3D captured image stream
CN102712317B (zh) 使驾驶员与环境感测结合的车辆安全性系统
CN108335458A (zh) 一种看家看人的家用智能看管系统及其看管方法
CN107665326A (zh) 乘客运输装置的监测系统、乘客运输装置及其监测方法
CN202257856U (zh) 驾驶员疲劳驾驶监控装置
CN110544360B (zh) 一种列车安全驾驶监测系统及方法
EP3421401A1 (en) Elevator system and method of intent deduction for an elevator system
CN107357292A (zh) 一种儿童室内智能看护系统及其看护方法
CN109741815A (zh) 一种医疗引导机器人及其实现方法
JP7256086B2 (ja) 無人車内の乗客状態の識別方法、装置、機器及び記憶媒体
KR20160062521A (ko) 목디스크 예방시스템 및 방법
CN110352037A (zh) 作业适应性判定装置、作业适应性判定方法和作业适应性判定程序
CN116631150B (zh) 脑控轮椅防碰撞预警方法及装置、设备、存储介质
KR102140195B1 (ko) 레이더를 이용한 야생동물 침입 탐지 방법 및 그 시스템
JP2010238186A (ja) 監視装置及び監視方法
CN109308467A (zh) 基于机器学习的交通事故预警装置及预警方法
KR20150106986A (ko) 서버기반 졸음감지 시스템 및 그 방법
JP3329494B2 (ja) 使用条件設定入力制御装置
JP2023079291A (ja) 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム
CN114492656A (zh) 一种基于计算机视觉和传感器的疲劳度监测系统

Legal Events

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant