CN117935641A - 一种人机交互模拟训练评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人机交互模拟训练评估系统，包括训练评估模块、人机交互终端和模拟人模块；所述模拟人模块的输出端与语音控制模块的输入端信号连接，所述模拟人模块的输入端与数据收发模块的输出端信号连接，所述数据收发模块的输出端与人机交互终端的输出端双向信号连接。该人机交互模拟训练评估系统，通过模拟人和数据收发模块以及人机交互终端实时通讯配合，可生成模拟人的心电、呼吸、脉搏频率、血氧饱和度、神志状态等各项生理特征，模拟心脏骤停、大出血、气道梗阻、气胸和呼吸衰竭等典型伤情，来供学员真实模拟救援操作，从而提高救援人员后期面对真实救援场景时能够高效且精确发挥救援手段。
Description
技术领域
本发明涉及人机交互技术领域，具体为一种人机交互模拟训练评估系统。
背景技术
人机交互(HCI)研究计算机技术的设计和使用，重点是人(用户)与计算机之间的接口，人机交互领域的研究人员观察了人类与计算机交互的方式，并设计了使人类以新颖方式与计算机交互的技术。
现有的安全交互设备主要以直观体验为主，且必须佩戴虚拟现头盔来使用，不能使应急救援人员共享虚拟现实画面，无法进行协同训练，无法根据具体的应急救援行动产生实时位移动感，重更要的是：缺乏危险环境下的人体体征数据采集器，导致无法准确判断应急救援人员在危险环境情况下的精神状态，无法对其安全行为进行评估，无法建立相关标准，从而影响应急救援人员在危险情况下的应急救援效率以及精准性，故而提出一种人机交互模拟训练评估系统来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种人机交互模拟训练评估系统，具备仿真模拟应急救援来提高救援效率与精准性等优点，解决了救援效率与精准性得不到更为真实的模拟的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种人机交互模拟训练评估系统，包括训练评估模块、人机交互终端和模拟人模块；
所述模拟人模块的输出端与语音控制模块的输入端信号连接，所述模拟人模块的输入端与数据收发模块的输出端信号连接，所述数据收发模块的输出端与人机交互终端的输出端双向信号连接；
所述模拟人模块包括头颈部、胸部、腹部、上肢和下肢，所述头颈部、胸部、腹部、上肢和下肢上设置有驱动控制模块，所述驱动控制模块的输入端与处理模块的输出端信号连接；
所述驱动控制模块由连接节点控制模块、瞳孔体征控制模块、脉搏体征控制模块和呼吸体征控制模块组成；
所述连接节点控制模块由模拟人身体各部位分布若干体征控制节点、处置措施检测节点，每一节点由各自独立的嵌入式操作系统控制，节点之间通过系统总线连接并可进行点对点或点对多点通讯，通过通讯协议明确各节点分布位置及节点属性；
所述瞳孔体征控制模块由光圈、光感应传感器混合微型控制马达组成，使瞳孔大小变化可以通过微型马达控制光圈的大小实现；
所述脉搏体征控制模块由矩形线圈、触摸传感器和片状磁铁组成，所述片状磁铁置于矩形线圈中间，通过控制矩形线圈中流过电流的大小和频率；
所述呼吸体征控制模块由气泵、电磁阀汇流排和左、右胸体表下气袋组成，当气泵持续供气时，通过控制电磁阀的开合及开合频率，实现胸廓单/双侧起伏效果。
进一步，所述矩形线圈和片状磁铁可实现磁铁在线圈中的升降，模拟动脉搏动的频率和强度，所述触摸传感器被按压时，会实时上传脉搏触摸信号，当光圈大小和光感应传感器组成闭环控制时，即体现对光反射功能；当取消光圈大小和光感应传感器的关联时，瞳孔大小可单独控制，不体现对光反射功能。
进一步，所述连接节点控制模块中各节点根据通讯协议相互协作实现人机交互终端下发任务的接收、学员处置措施的检测并驱动模拟人的体征进行实时演变。
进一步，所述数据收发模块由心电生成模块、脉搏生成模块、血氧生成模块和神态生成模块组成，所述心电生成模块与脉搏生成模块用于生成模拟人的心电、弧形以及脉搏频率生理特征。
进一步，所述血氧生成模块和神态生成模块组成用于生成血氧饱和度、神志状态等生理特征模拟心脏骤停、大出血、气道阻梗、气胸和呼吸衰竭等典型伤情。
进一步，所述训练评估模块由学员登录模块、单机训练模块、联网训练、考核模块、训练、考核登录模块、任务接收模块、评分模块和评分、伤情查询模块组成。
进一步，所述所述学员登录模块、单机训练模块、联网训练、考核模块和训练、考核登录模块用于学员通过人机交互终端进行登录、单人训练、联网训练考核，所述任务接收模块、评分模块和评分、伤情查询模块组成用于学员接收考核任务，并对考核任务的评分以及详情进行查询。
进一步，所述处理模块由无线听诊器、除颤仪、超声仪、呼吸机和心电监护仪组成，所述无线听诊器、除颤仪、超声仪、呼吸机和心电监护仪用于学员根据模拟人状态做出合理诊断措施。
与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：
该人机交互模拟训练评估系统，通过模拟人和数据收发模块以及人机交互终端实时通讯配合，可生成模拟人的心电、呼吸、脉搏频率、血氧饱和度、神志状态等各项生理特征，模拟心脏骤停、大出血、气道梗阻、气胸和呼吸衰竭等典型伤情，来供学员真实模拟救援操作，并检测评分学员的处置操作，且模拟人模块能够控制模拟病人体征随着学员的处置实时演变，能够训练救援人员临场反应能够力，使整个救援训练更为真实且精确，从而提高救援人员后期面对真实救援场景时能够高效且精确发挥救援手段。
附图说明
图1为本发明整体系统框架示意图；
图2为本发明驱动控制模块框架示意图；
图3为本发明数据收发模块框架示意图；
图4为本发明训练评估模块框架示意图；
图5为本发明处理模块框架示意图。
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。
请参阅图1-2，本实施例中的一种人机交互模拟训练评估系统，包括训练评估模块、人机交互终端和模拟人模块；
模拟人模块的输出端与语音控制模块的输入端信号连接，模拟人模块的输入端与数据收发模块的输出端信号连接，数据收发模块的输出端与人机交互终端的输出端双向信号连接；
模拟人模块包括头颈部、胸部、腹部、上肢和下肢，头颈部、胸部、腹部、上肢和下肢上设置有驱动控制模块，驱动控制模块的输入端与处理模块的输出端信号连接；
驱动控制模块由连接节点控制模块、瞳孔体征控制模块、脉搏体征控制模块和呼吸体征控制模块组成；
连接节点控制模块由模拟人身体各部位分布若干体征控制节点、处置措施检测节点，每一节点由各自独立的嵌入式操作系统控制，节点之间通过系统总线连接并可进行点对点或点对多点通讯，通过通讯协议明确各节点分布位置及节点属性，且连接节点控制模块中各节点根据通讯协议相互协作实现人机交互终端下发任务的接收、学员处置措施的检测并驱动模拟人的体征进行实时演变；
瞳孔体征控制模块由光圈、光感应传感器混合微型控制马达组成，使瞳孔大小变化可以通过微型马达控制光圈的大小实现，矩形线圈和片状磁铁可实现磁铁在线圈中的升降，模拟动脉搏动的频率和强度，触摸传感器被按压时，会实时上传脉搏触摸信号，当光圈大小和光感应传感器组成闭环控制时，即体现对光反射功能；当取消光圈大小和光感应传感器的关联时，瞳孔大小可单独控制，不体现对光反射功能；
脉搏体征控制模块由矩形线圈、触摸传感器和片状磁铁组成，片状磁铁置于矩形线圈中间，通过控制矩形线圈中流过电流的大小和频率；
呼吸体征控制模块由气泵、电磁阀汇流排和左、右胸体表下气袋组成，当气泵持续供气时，通过控制电磁阀的开合及开合频率，实现胸廓单/双侧起伏效果。
本实施例中的，通过模拟人和数据收发模块以及人机交互终端实时通讯配合，可生成模拟人的心电、呼吸、脉搏频率、血氧饱和度、神志状态等各项生理特征，模拟心脏骤停、大出血、气道梗阻、气胸和呼吸衰竭等典型伤情，来供学员真实模拟救援操作，并检测评分学员的处置操作，且模拟人模块能够控制模拟病人体征随着学员的处置实时演变，能够训练救援人员临场反应能够力，使整个救援训练更为真实且精确，从而提高救援人员后期面对真实救援场景时能够高效且精确发挥救援手段。
请参阅图3-5，本实施例中数据收发模块由心电生成模块、脉搏生成模块、血氧生成模块和神态生成模块组成，其中，心电生成模块与脉搏生成模块用于生成模拟人的心电、弧形以及脉搏频率生理特征，血氧生成模块和神态生成模块组成用于生成血氧饱和度、神志状态等生理特征模拟心脏骤停、大出血、气道阻梗、气胸和呼吸衰竭等典型伤情；
训练评估模块由学员登录模块、单机训练模块、联网训练、考核模块、训练、考核登录模块、任务接收模块、评分模块和评分、伤情查询模块组成，其中学员登录模块、单机训练模块、联网训练、考核模块和训练、考核登录模块用于学员通过人机交互终端进行登录、单人训练、联网训练考核，任务接收模块、评分模块和评分、伤情查询模块组成用于学员接收考核任务，并对考核任务的评分以及详情进行查询；
处理模块由无线听诊器、除颤仪、超声仪、呼吸机和心电监护仪组成，其中，无线听诊器、除颤仪、超声仪、呼吸机和心电监护仪用于学员根据模拟人状态做出合理诊断措施。
上述实施例的工作原理为：
整个系统由模拟人模块、人机交互终端、训练评估模块组成，三者可在广域网或局域网下，通过网络设置互联互通，配合使用，模拟人模块由模拟人外壳，驱动控制模块组成，模拟人通过数据收模块和人机交互终端实时通讯，可生成心电、呼吸、脉搏频率、血氧饱和度、神志状态等各项生理特征，模拟心脏骤停、大出血、气道梗阻、气胸和呼吸衰竭等典型伤情，并可检测学员的处置操作，控制模拟病人体征随着学员的处置实时演变；
人机交互终端可接收训练评估模块下发任务，显示学员训练、考核登录界面；根据所分配任务显示相应的虚拟现场描述、虚拟人物伤情描述、虚拟人物实时体征监护参数等节点信息；显示登录学员实时操作日志和得分情况；显示处置事件交互界面；当整个系统用于院后治疗训练考核时，人机交互终端可显示虚拟人物实验室检查报告、影像学检查报告等相关信息，训练评估模块可用于伤情编辑、考核控制以及训练考核历史数据管理，可对不同的登录学员分配不同的训练考核项目，并同时进行训练和考核。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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)
1.一种人机交互模拟训练评估系统，包括训练评估模块、人机交互终端和模拟人模块；
其特征在于：所述模拟人模块的输出端与语音控制模块的输入端信号连接，所述模拟人模块的输入端与数据收发模块的输出端信号连接，所述数据收发模块的输出端与人机交互终端的输出端双向信号连接；
所述模拟人模块包括头颈部、胸部、腹部、上肢和下肢，所述头颈部、胸部、腹部、上肢和下肢上设置有驱动控制模块，所述驱动控制模块的输入端与处理模块的输出端信号连接；
所述驱动控制模块由连接节点控制模块、瞳孔体征控制模块、脉搏体征控制模块和呼吸体征控制模块组成；
所述连接节点控制模块由模拟人身体各部位分布若干体征控制节点、处置措施检测节点，每一节点由各自独立的嵌入式操作系统控制，节点之间通过系统总线连接并可进行点对点或点对多点通讯，通过通讯协议明确各节点分布位置及节点属性；
所述瞳孔体征控制模块由光圈、光感应传感器混合微型控制马达组成，使瞳孔大小变化可以通过微型马达控制光圈的大小实现；
所述脉搏体征控制模块由矩形线圈、触摸传感器和片状磁铁组成，所述片状磁铁置于矩形线圈中间，通过控制矩形线圈中流过电流的大小和频率；
所述呼吸体征控制模块由气泵、电磁阀汇流排和左、右胸体表下气袋组成，当气泵持续供气时，通过控制电磁阀的开合及开合频率，实现胸廓单/双侧起伏效果。
2.根据权利要求1所述的一种人机交互模拟训练评估系统，其特征在于：所述矩形线圈和片状磁铁可实现磁铁在线圈中的升降，模拟动脉搏动的频率和强度，所述触摸传感器被按压时，会实时上传脉搏触摸信号，当光圈大小和光感应传感器组成闭环控制时，即体现对光反射功能；当取消光圈大小和光感应传感器的关联时，瞳孔大小可单独控制，不体现对光反射功能。
3.根据权利要求1所述的一种人机交互模拟训练评估系统，其特征在于：所述连接节点控制模块中各节点根据通讯协议相互协作实现人机交互终端下发任务的接收、学员处置措施的检测并驱动模拟人的体征进行实时演变。
4.根据权利要求1所述的一种人机交互模拟训练评估系统，其特征在于：所述数据收发模块由心电生成模块、脉搏生成模块、血氧生成模块和神态生成模块组成，所述心电生成模块与脉搏生成模块用于生成模拟人的心电、弧形以及脉搏频率生理特征。
5.根据权利要求1所述的一种人机交互模拟训练评估系统，其特征在于：所述血氧生成模块和神态生成模块组成用于生成血氧饱和度、神志状态等生理特征模拟心脏骤停、大出血、气道阻梗、气胸和呼吸衰竭等典型伤情。
6.根据权利要求1所述的一种人机交互模拟训练评估系统，其特征在于：所述训练评估模块由学员登录模块、单机训练模块、联网训练、考核模块、训练、考核登录模块、任务接收模块、评分模块和评分、伤情查询模块组成。
7.根据权利要求1所述的一种人机交互模拟训练评估系统，其特征在于：所述所述学员登录模块、单机训练模块、联网训练、考核模块和训练、考核登录模块用于学员通过人机交互终端进行登录、单人训练、联网训练考核，所述任务接收模块、评分模块和评分、伤情查询模块组成用于学员接收考核任务，并对考核任务的评分以及详情进行查询。
8.根据权利要求1所述的一种人机交互模拟训练评估系统，其特征在于：所述处理模块由无线听诊器、除颤仪、超声仪、呼吸机和心电监护仪组成，所述无线听诊器、除颤仪、超声仪、呼吸机和心电监护仪用于学员根据模拟人状态做出合理诊断措施。
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