CN1739837A

CN1739837A - 生理信号控制的娱乐型运动装置

Info

Publication number: CN1739837A
Application number: CN 200510028000
Authority: CN
Inventors: 高春平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2006-03-01

Abstract

本发明涉及一种娱乐型运动装置，尤其涉及一种由生理信号控制的娱乐型运动装置。更具体的说，本发明提出的装置由生理信号监测模块、运动控制模块和娱乐型运动模块组成，生理信号监测模块负责采集、调理、转换各种生理信号，对信号进一步处理、分析、计算出代表游戏者生理信号变化程度的倍增因子数值，将此数值传输到运动控制模块，计算并编码成运动控制信号直接传输或通过遥控传输方式下达指令给娱乐型运动模块，按照传输的指令执行规定的动作。本发明的装置既可以增加娱乐型运动装置的趣味性和竞争性，还可以广泛应用于生物反馈训练和放松训练等多种健康及医学领域的应用。

Description

生理信号控制的娱乐型运动装置

技术领域

技术背景

娱乐型运动装置，包括电动式遥控的汽车、摩托车、火车、飞机、坦克、船舰、赛马玩具或模型装置，和游戏者自己驾驶的电动汽车、碰碰车、方程式赛车、电动火车等装置，是大众喜闻乐见的传统娱乐及竞赛项目，深受广大群众的喜欢和热爱，广泛普及应用。

传统的娱乐型运动装置采用游戏者四肢运动控制，主要锻炼游戏者四肢活动的灵活性、敏捷性，长时间游玩会产生乏味和厌烦，同时也不能锻炼人体的精神和意识状态，对人体健康无特殊效果。而且这类装置主要是青少年游玩的项目，由于其缺乏更大的趣味性和竞争性，故不能吸引更多青中年人群的游玩。

所以在现有的娱乐型运动装置上增加趣味性、刺激性，并将该娱乐项目与健康活动相结合，会在更大范围普及该项传统项目。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷和补充现有技术的不足，本发明的目的是为了提高传统装置和游戏的新鲜感、趣味性、娱乐性、竞争性，在娱乐过程中提高人体四肢活动灵活性和敏捷性同时，让游戏者学会控制自己的生理信号，提高掌握调节个人生理状态和生物反馈的技巧，在娱乐过程中获得健康效果。

为了实现上述发明目的，本发明采用解决技术问题的技术方案是，本发明提出的装置由生理信号监测模块、运动控制模块和娱乐型运动模块组成，生理信号监测模块负责采集、调理、转换各种生理信号，对信号进一步处理、分析、计算出代表游戏者生理信号变化程度的倍增因子数值，将此数值传输到运动控制模块，计算并编码成运动控制信号直接传输或通过遥控传输方式下达指令给娱乐型运动模块，按照传输的指令执行规定的动作。本发明的装置既可以增加娱乐型运动装置的趣味性和竞争性，还可以广泛应用于生物反馈训练和放松训练等多种健康及医学领域的应用。

应用于本发明装置控制的生理信号，可以是人体各种形式的体表生理信号包括脉搏波信号、心电信号、脑电信号、肌电信号、皮肤电信号、呼吸信号、体表温度信号、血压信号、血氧饱和度信号、眼电信号、眼球运动信号等生理信号。上述生理信号可以采用相应的专用生理信号传感器采集。这种由生理信号传感器采集的生物电信号或非电信号，通过传感器转变成标准电信号进行进一步放大、调理。本发明装置中生理信号采集模块由上述各种通用型或专用型生理信号传感器构成。

本发明装置用于监测游戏者生理信号的各项指标是以观察人体生理放松状态为标准的，这些指标可以是监测脉搏波或心电波形中RR-50数量、PP-50数量、LH分量、HF分量或LF/HF比值、心率单位时间内的变化、呼吸频率或呼吸幅度变化、肌电信号变化、脑电α波数量变化、体表温度变化、皮肤电传导率变化、血压变化、血氧饱和度改变、单位时间内氧气和二氧化碳的改变等。最佳的选择是生理信号传感器容易佩戴，不影响游戏者活动，不增加游戏者痛苦，指标稳定可靠，重复性强，容易测试、分析对比的生理信号类型。此外，由于不同生理信号的生物反馈控制难度不一致，考虑到初学者和新手掌握难易程度，可以从最简单的呼吸生物反馈训练开始，让游戏者有一定理解和认识后，采用脉搏波传感器监测RR-50数量，逐步发展到测试肌电信号、皮电信号、皮肤温度信号，最后采用脑电信号生物反馈。也可以根据游戏者个人健康状态，选择最适合的生物反馈形式。采集的生理信号进行前置放大、工频滤波、A/D转换成数字信号，通过计算机接口电路，将数字信号输出至计算机装置。

本发明装置中的生理信号放大调理模块，由生物电信号放大器、A/D转换器、计算机接口电路组成，根据不同类型的生理信号，可以选用不同类型的专用或通用生物电放大器。放大器通常由高共模抑制比的仪表放大器组成。A/D转换器可以采用8位、12位或16位A/D转换器，根据不同的采样率及精确度而选择。计算机接口电路，可以采用多种接口方式，包括USB接口方式，RS232接口方式，或者采用直接计算机串行接口或者并行接口方式输出数字信号到计算机。生理信号放大调理模块，可以采用市售通用型信号调理板和数据采集板，也可以根据生理信号的类型，自行设计，制造专用特殊用途的装置。上述的生理信号放大、调理模块将采集的生理信号进行前置放大、工频率波、A/D转换成数字信号，通过计算机接口电路，将数字信号输出至计算机装置。

本发明装置中的生理信号处理、分析、计算、贮存模块，是多种形式的计算机装置，由中央处理器(CPU)，程序贮存器(ROM)，数据贮存器(RAM)构成，可以是任何形式的计算机装置，包括台式电脑、笔记本电脑、手掌式电脑(PDA)、单片电脑或单板电脑、工业控制电脑等。这些计算机装置配备必要的输入、输出装置、控制装置、多媒体装置和操作系统软件以及专用信号输入、处理、分析、计算、控制软件，根据不同的生理信号及不同的骰子装置选择合适的计算机装置。生理信号处理、分析、计算、贮存模块，接受输入的生理信号，对输入的生理信号进行各种处理，将处理的信号采用专门的工具进行分析，将分析的信号贮存，并与贮存在数据贮存模块中的生理信号基线数值进行对比计算，计算出倍增因子及其级别，以声光模式，通过多媒体装置，显示即时的倍增因子级别及其标记。同时将倍增因子级别，转化为数字信号，输出至运动控制模块，经过编码后，采用直接传输或遥控反射的方式传输至娱乐型运动装置，后者根据指令执行各种不同的指令。

本发明的技术特征是，本装置中采用倍增因子来代表游戏者生理状态改变的程度。倍增因子计算采用游戏时即时测量的生理信号数值除以该生理信号的基线值，基线值作为常数贮存在RAM中。为了更直接显示和表达倍增因子的意义，采用倍增因子级别和标记来表示倍增因子的程度，倍增因子与其对应的倍增因子级别和倍增因子标记相互关系采用表格形式存放在计算机装置的RAM中，通过查表法可以快捷查找。代表游戏者即时生理状态改变程度的倍增因子级别和倍增因子标记会自动显示在娱乐运动装置中游戏者面前的显示屏中。倍增因子所代表的游戏者生理状态提示语音内容也可以通过耳机提示游戏者。在游戏中游戏者的倍增因子某单位时间里自动改变，改变的幅度取决于游戏者生理状态的改变。倍增因子更新的时间间隔，取决于预置的计算倍增因子的间隔时间，可以调整。这个间隔时间应该根据游戏装置的特殊性来设置，两者之间应该谐调和配合。

本发明的技术特征是，当游戏者的倍增因子级别不理想，而游戏者想通过调整个人的生理状态，达到更放松的生理状态时，游戏者可以选择“呼吸模拟”选项，一旦这个选项被选择，计算机装置根据游戏者目前的倍增因子级别自动选择合适的呼吸频率和呼吸周期，并以声音模拟和影象模拟的方式指导游戏者通过调整呼吸来改善生理放松状态，游戏者也可以通过其他方式调整个人的放松状态，包括各种放松训练和生物反馈训练的方法。

发明的技术特征是，在游戏中，代表游戏者生理状态改变程度的倍增因子会自动转变为指令，输出至控制模块。

本发明的技术特征是，本发明装置中采用的游戏者的生理信号基线值是监测游戏者生理状态改变的基础和参考对比数值。基线值测量的准确程度直接影响监测结果的准确性。游戏者基线值的测试方法可以是多种形式的，可以在游戏开始前，在游戏者安静坐位姿势五分钟后，开始测量某种生理信号1分钟至10分钟，最好是2-3分钟，计算其平均数值，以此为游戏者个人的某种生理信号基线值，记录在游戏者个人挡案内，以便随时可以调用。游戏者基线值也可以是采用以前生物反馈训练结束时的生理信号数值，还可以是在游戏开始后2-5分钟内采集游戏者生理信号的平均数值。采用上述方法测试基线值都是被允许的，最重要的是，任何一个游戏团体或游戏小组必须采用同一种生理信号，同一种分析计算方法，以及同一种方法测定基线值，否则游戏的结果失去准确性。

本发明的技术特征是，本发明装置中监测的数值是游戏者生理信号在游戏中的改变，游戏者生理信号的绝对值没有意义，只有生理信号在游戏中任何一个时段的改变所代表的生理信号相对改变值，才是决定游戏得分率和得胜率的关键，在本装置中的生理信号数值改变是动态的、变化的。计算某个时间段生理信号数值与生理信号基线值的比值，就代表该时间段游戏者生理状态的改变程度，测量和计算生理信号改变程度的时间间隔和周期可以自由调节，但其间隔至少不能低于30秒，否则太短时间间隔不能有效计算生理信号的平均数值，可能会出现较大的误差。测量和计算的间隔时间最好在30秒至5分钟，最佳时间在30秒到60秒钟，游戏管理者可以根据需要自由调节。

本发明的技术特征是，本发明装置中运动控制模块与生理信号监测模块可以采用同一计算机硬件装置，由专用设计的不同软件运行以实现各自的目的和任务，也可以采用两个独立的计算机装置，相互之间通过连线或无线通讯方式相互联接，当运动控制模块为独立的计算机装置时，其结构内含中央处理器(CPU)，寄存器、ROM、RAM、输入/输出端口的单片机或其他类型计算机装置和通用接口电路、遥控发射/接受装置、键盘等装置。运动控制模块的功能是按照预置的规则，将从生理监测模块接收的游戏者个人倍增因子数值转化为输出控制指令，通过数据编码电路或者数据编码软件将输出控制指令进行编码后，直接或通过无线方式发送至娱乐型运动模块。

本发明的技术特征是，本发明中的娱乐型运动装置，由控制主板和执行部分组成，控制主板构成包括：内含CPU、寄存器、ROM、RAM、输入/输出端口的单片机、通讯接口电路、遥控接收/发射装置、地址设置机构、数据解码电路或软件、运动驱动及控制电路，其主要功能是接受来自运动控制模块的指令，将传送的指令解码，传送到运动驱动及控制电路，驱动及控制运动执行部分，按照指令完成规定的动作和运动。

娱乐型运动装置，包括电动式遥控的汽车、摩托车、火车、飞机、坦克、船舰、赛马玩具或模型装置，和游戏者自己驾驶的电动汽车、碰碰车、方程式赛车、电动火车等装置。

本发明的技术特征是，本发明中娱乐型运动装置的执行的动作包括运动装置的启动、加速、减速、停止、向左、向右、后退，以及运动装置附属模块中的各种动作，这些动作包括发出声音和发光增添真实效果，或者发射光束向对抗的其他运动装置射击等动作。在上述动作，有大部分动作由游戏者的生理信号来控制，其他部分由游戏者的四肢来控制。本发明装置可以全部由游戏者生理信号控制，或者采用生理信号与手动控制结合的方式进行控制，根据不同娱乐型运动装置的不同游戏方法，组合最合理的解决方法。

本发明的技术特征是，本发明装置可以采用全部由游戏者生理信号控制的解决方案控制娱乐型运动装置，这种解决方案的特征是，当游戏者倍增因子＞1时，触发“启动向前”运动指令，接通启动开关，运动装置向前运动；倍增因子数值增大，发出“加速”指令，运动装置开始加快。加速分为多档，与倍增因子级别相对应，倍增因子级别越高，触发越高级别的“加速”指令；当倍增因子级别降低时，触发“减速”指令，倍增因子降低级别与减速级别相对应，倍增因子级别越降低，减速级别越高。当倍增因子数值＜1时，触发“后退”指令，后退速度分为多档，倍增因子数值越小，后退速度越快，两者呈相对应关系；当游戏或竞赛预时间到达时，自动出发“停止”指令，运动装置停止移动；生理监测系统同时采集游戏者左右两侧对应的生理信号，并自动对比两侧生理信号同一时间倍增因子数值。当左/右倍增因子比值0.8-1.2时，运动装置始终向前运动，当左/右倍增因子比值＜0.8时，触发“向左“指令，运动装置方向向左，左/右倍增因子比值越小，向左倾斜方向越大，向左倾斜角度越大，两者呈相对应关系；当左/右倍增因子比值＞1.2时，触发“向右”指令，运动装置方向向右，左/右倍增因子比值越大，向右倾斜角度越大，向右倾斜方向越大。生理信号监测模块定时采集游戏者的生理信号，将生理信号的即时平均数值与基线值对比，一旦对比结果大于1，亦即倍增因子数值大于1时，运动控制模块发出“启动”指令给运动装置的执行部分，娱乐型运动装置启动开关接通，运动装置开始向前运动；生理信号监测装置持续监测游戏者生理信号，分析计算出即时的倍增因子数值，倍增因子数值与运动装置运动速度呈线性关系。这种相互对应关系的对照表贮存在运动控制模块计算机装置内，当游戏者倍增因子数值被不断输入更新时，通过快速查表方式，查找出对应的运动速度数值，并转换为指令，传输至运动执行部分，而自动调节运动装置的速度，倍增因子数值越大，运动装置的速度越快。当倍增因子的数值与前段时间数值相比，即时的倍增因子数值大于前段时间的倍增因子数值，运动控制模块发出“加速”的指令，“加速”指令可以划分为多种档次，例如，当“加速”划分为八档时，相当的倍增因子级别代表相应的加速度档次。G1为加速x1，G2为加速x2，G3为加速x3，G4为加速x4，G5为加速x5，G6为加速x6，G7为加速x7，G8为加速x8。

当倍增因子的当前数值小于前段时间的倍增因子数值时，运动控制模块发出“减速”指令，“减速”指令同样可以分为多个档次，例如，“减速”划分为八档时，倍增因子级别每减少一个级别，则会减速一个档次。例如，当倍增因子级别从G6减少到G5时，则发出“减速x1”。计算公式为当前倍增因子级别Gn-前段倍增因子级别Gm＝减速档次。例如，当前值为G5，前段值为G8，减速档次＝G5-G8＝-3，减速档次为减速x3。

当倍增因子数值小于基线值时，倍增因子数值＜1.0，发出“后退”指令，运动装置出现后退。倍增因子数值越小，后退速度越快。后退速度预先分为多个档次，例如，后退速度分为8档，倍增因子数值越小，与基线值的比例越低，则后退速度越快。当倍增因子为0.8时，后退速度x1；当倍增因子为0.7时，后退速度x2；倍增因子为0.6时，后退速度x3。依次类推，当倍增因子为0.1时，后退速度x8。

生理信号同时采集游戏者左右两侧生理信号，并分别分析、计算左右两侧生理信号倍增因子数值，并定时自动对比左/右侧倍增因子比值。当左/右侧倍增因子比值在0.8-1.2范围内，正常按照预定方向运动。当左/右侧倍增因子比值＜0.8时，证明左侧倍增因子数值减小，触发“向左”指令，运动装置向左侧方向倾斜。左/右侧倍增因子比值越小，则运动装置向左倾斜角度越大，向左倾斜方向越大，两者之间呈对应关系。由预置的对照表规定，当左/右侧倍增因子比值＞1.2时，证明右侧倍增因子数值减小，触发“向右”指令，运动装置向右侧方向倾斜。左/右侧倍增因子比值越大，则运动装置向右倾斜角度越大，向右倾斜方向越大，两者之间呈对应关系。由预置的对照表规定。

娱乐型运动装置进行游戏或竞赛时采用定时方式，所定时间可以通过运动控制模块调节，一旦时间设定后，在游戏或运动过程中不能更改，当所定时间到达后，触发“停止”指令，所有运动装置全部停止运动。

本发明的技术特征是，本发明的装置也可以采用生理信号控制和手动控制结合的方式，运动控制模块根据预先设置的功能，同时接受生理信号控制指令和手动控制指令，经处理和编码后，发出指令控制运动装置的各项动作。这种联合控制方式更加适合于复杂的游戏或竞赛。采用这种控制方法多种多样，可以任意组合，一种可行的控制解决方式是，采用生理信号控制运动装置的启动，运动装置的运行速度，以及运动装置中模拟射击装置的射击次数，而采用手动方式控制运动装置左右前后的行驶方向，以及模拟射击装置的扣击开关，由定时开关控制运动装置的停止。另一种可行的控制解决方案是由生理信号控制运动装置的启动、前进、加速、减速、倒退、倒退加速，以及模拟射击装置的射击次数。而手动控制运动装置左右行驶方向以及模拟射击装置的扣击板机，定时开关控制运动装置停止。

本发明的技术特征是，本发明传送生理信号控制指令或手动指令至运动控制模块，并转化为控制信号直接传输到娱乐型运动装置，例如，游戏者本人驾驶的电动汽车、微型方程式赛车、碰碰车等装置时，生理信号控制指令(启动、前进、加速、后退等)，经运动控制模块转化为控制信号，通过驱动及控制电路，直接控制直流电机顺时针方向转动、转速加快、转速减慢、逆时针方向转动来完成运动装置向前运动、加速运动、减速运动、后退运动等动作。而手动转动方向盘和脚踩刹车则可以控制运动装置的方向和停止。这种形式的信号传输可以通过导线来完成。游戏者佩戴的生理信号监测模块，运动控制模块和运动装置可以采用一个或数个单片机，设计专用软件和添加外围部件组合。控制信号可以模拟电压控制信号方式通过控制模块控制运动装置。

本发明的技术特征是，当本发明需要采用遥控方式控制近距离或远程的运动装置时，生理信号监测模块、运动控制模块与娱乐型运动装置之间必须采用发射/接受控制信号的方式来实现。这种信号传输方式必须采用信号发射装置和信号接受装置才能得以实现。为了完成相对复杂的多种控制功能，发射的信号必须采用编码方式，而接收的信号则需解码后，才能转变为有效的控制信号，所以在发射信号装置上需增加编码装置，在接受信号装置上需要增加信号解码装置，按照不同传输信号的方式和途径，有多种编码和解码方法和技术，可根据需要选用。

本发明的技术特征是，有多种遥控方式可以实现本发明的目的。一种常用的遥控装置是无线电遥控装置，由无线电遥控发射器发出无线电信号，由无线电遥控接受器接受无线电信号，并将信号编译后传送至运动装置的执行机构。这种遥控装置及方式适合长距离遥控方式。另一种可行的遥控方式是采用红外线遥控装置，由红外线放射装置及红外线接受装置构成，适用于室内近距离遥控。。另一种可行的遥控方法是激光遥控方法，采用激光放射装置和激光接受装置构成，适合短距离直线控制。声波和超声波遥控装置是另一种可行的遥控方法，由声波发生器、超声波发生器和声波接受装置、超声波接受装置构成，适合于简单控制，普通光源，经过适当编码后，配合光电管和编码装置也可构成遥控装置。采用何种遥控方法和装置可以根据需要进行选择。

本发明的技术特征是，本发明装置可以用于单人游戏，多人、多组游戏，或者用于多人、多组以特定的规则约束进行的竞赛，既可以用于单人的生物反馈训练、放松训练、超能量训练，也可以用于多人、多组娱乐方式的健康训练，还可以用于开展高趣味性、高难度的专业对抗竞赛。当以低价简单形式应用于家庭时，可以作为家庭的健康训练装置，应用于家庭的健康保健和疾病预防。

本发明提供了一种遥控玩具方法装置，其借助于来自遥控装置的信号进行遥控，所述玩具元件包括：可以检测信号的检测器，至少一个由微处理器响应所述微处理器执行的程序进行控制的装置，所述程序包括程序步骤，其特征在于，所述玩具元件用于根据检测到的信号中的脉冲图形确定用户启动遥控装置的时间事件，其中两个相邻的事件被一个大于人的响应时间的时间间隔隔开；以及通过响应在用户启动遥控装置的时间事件中的信息借助于选择程序步骤来控制所述装置。

上述目的是被这样实现的，上述玩具元件的特征在于，所述玩具元件适用于记录包含脉冲的脉冲图形，所述脉冲具有其间隔大于人的响应时间的脉冲波前，并且通过响应记录的脉冲图形来选择程序步骤从而用多种方式控制所述装置。

这样，确保所述玩具元件可以利用声音尤其是利用光进行遥控。由光进行的遥控可以利用使用者的手持灯进行，所述手持灯可以由电池供电或者由交流电源供电。在使用者用手把灯打开和关断时别发出信号，借以产生可见光的脉冲，其具有预定的短脉冲和长脉冲以及间隔的脉冲序列。可以借助于声音脉冲发出信号，例如通过使用者拍手或者吹口哨或者唱歌来发出特定的长脉冲、短脉冲和间隔的脉冲序列。

本发明提供了一种应用生理信号控制运动装置左右方向调节的解决方案，即采用两只马达分别驱动左、右后轮，左、右轮驱动马达分别接受游戏者左、右侧代表生理信号改变程度的倍增因子数值转化的控制信号控制，当两者平衡时，左右轮转速相等，运动装置向前移动。当出现不平衡时，则偏向某一方向行驶。

本发明的有益效果是，克服了现有技术的不足，提出一种通过探测游戏者生理状态改变程度来控制运动游戏胜负结果的自动运动游戏装置。这种装置增加了运动游戏的趣味性、娱乐性，提高了游戏者在游戏过程中的控制感，在游戏同时游戏者学会有效的调节和控制自己的生理状态，学会放松技巧。在游戏同时促进健康，在娱乐过程中达到健康结果，不仅可应用于娱乐场所，还可应用于生物反馈训练和放松训练。

附图说明

图1是激光控制装置电路原理图

图2是超声波接受控制电路原理图

图3是红外线遥控发射装置电路图

图4是红外线遥控装置接受部分示意图

图5是双后轮驱动装置结构示意图

图6是另一种双后轮驱动装置结构示意图

图7是编码型遥控装置方块图

图8是图7装置的程序流程图

图9是图7装置的另一种程序流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

实施例1.脉搏波信号控制的激光遥控玩具

在本实施例中，可以选用光电脉搏式传感器，佩戴在游戏者的食指上采集脉搏波信号，分析提取RR-50，计算RR-50数量作为游戏者生理状态改变的指标。每一分钟将即时采集的RR-50数量/分，除以基线值，得出倍增因子数值，传输至控制模块的单片机CPU，后者计算和对比各个游戏者的倍增因子数值，控制和调节游戏者遥控玩具的运动启动、前进、加速、后退等动作。

实施例1中，控制装置包括一接收装置，一个用以发射激光信号的发射装置及一个与所述接收装置电连接的控制电路4；发射装置为一激光二极管1，其是在玩具本体接收遥控器的“发射”信号后用以发射激光束，本实施例选用激光二级管作为发射装置的原因在于激光二极管所发出的激光信号可形成光线集中的光束，且发射距离可长达100公尺；接收装置包括顺序连接的一光检测电路10，一低噪声放大器3及一控制电路4，光检测电路10主要包括光检测器2及供各元件工作电压用的电源V；其中光检测器2是用以接收发射出的激光信号，将其转换为电信号，再耦合至所述控制电路4上。当发射的激光光束准确地射在光检测器2上时，光检测电路10即送出一个电信号经一电容耦合至所述低噪声放大器3，信号经放大后再送至控制电路4，控制电路4可为电子开关，通过电子开关(未显示)控制玩具本体20相应部分的动作(图1)。

电子开关可采用光耦合晶体管或继电器等，本实施例中是采用继电器作电子开关，例如：当采用一继电器作电子开关时，即继电器连接在放大器3的负载电路中，可将玩具本体20相应的动作部分连接在继电器的接点电路中，例如：将一小灯泡连接在继电器的常开接点电路中(如小灯泡装在战车的炮塔上)，当光检测器2接收到由另一玩具本体20所发射出的激光信号时，继电器动作，继电器的常开接点接通，相应的小灯泡点亮。

为了执行多重复杂的动作，发射激光装置可以连接一个脉冲发生器，不同组合的脉冲信号，代表不同的动作指令，光接收装置所连接的解码电路编译脉冲信号，转化为前进、后退、加速、减速的指令，详细论述见后继实施例。

实施例2.肌电信号控制超声波遥控装置

在本实施例中，可以选用肌电手臂式传感器，佩戴在游戏者的手臂上采集肌电信号，分析提取肌电信号，计算肌电信号振幅作为游戏者生理状态改变的指标。每一分钟将即时采集的肌电振幅平均值，除以基线值，得出倍增因子数值，传输至控制模块的单片机CPU，后者计算和对比各个游戏者的倍增因子数值，控制运动装置的运动方向及速度。

本实施例中的吹笛式超声波遥控装置，它包括遥控发射装置和接收控制器，其特征在于：所述的遥控发射装置包括一个由弹性材料制造，能产生急速气流的气囊1和能产生超声波的汽笛2，气囊1出气口与汽笛2进气口连接，当挤压气囊1产生急速气流，急速气流通过汽笛2内孔从出气孔发射出超声波。所述的接收控制器的电路包括一个接收选频放大电路3、双稳态触发电路4、推动开关电路5；电阻R₁与咪头MIC串联，连接在电源开关SW与电源负极之间，电阻R₁与咪头MIC的接点与三极管T₁之间连接有电容器C₁，电容器C₁与三极管T₁的接点与电源开关SW之间连接有电阻R₂，电感线圈L₁和电容器C₂并联，连接在电源开关SW与三极管T₁之间，电容器C₃和二极管D₁，串联，连接在电源开关SW与三极管T₁之间，电容器C₃与二极管D₁的接点与三极管T₂相接，三极管T₂与电源开关SW相接，电阻R₃和电容器C₄并联，连接在三极管T₂与电源负极之间，三极管T₁与电源负极相接，用于将咪头MIC接收到的超声波转换成电脉冲信号选出有用的脉冲信号并放大，成为本电路的接收选频放大电路3，当咪头MIC将接收到的超声波转化成脉冲电信号，经过电容器C₁耦合至三极管T₁，由电感线圈L₁和电容器C₂组成与三极管T₁连接的谐振电路，对瞬间变化的脉冲信号进行选频，三极管T₁集电极电压降低，三极管T₁对电容器C₃充电，使三极管T₂导通，三极管T₂在电阻R₃上形成一个放大了的脉冲信号，电阻R₄、电容器C₅、电阻R₅、R₇串联，连接在三极管T₂与三极管T₄之间，电阻R₆连接在电阻R₅和电阻R₇的接点与电源开关SW之间，电阻R₅和R₇的接点与三极管T₃相接，电阻R₈，R₁₀和二极管D₃串联，连接在三极管T₃与三极管T₄之间，电阻R₉连接在电阻R₈和电阻R₁₀的接点与电源开关SW之间，电阻R₈和R₁₀的接点与三极管T₄相接，二极管D₂连接在电容器C₅和电阻R₅的接点与三极管T₃之间，电容器C₆连接在电阻R₄和电容器C₅的接点与二极管D₃和电阻R₁₀的接点之间，三极管T₃、T₄与电源负极相接，用于计算前级输入的电脉冲信号，输出两组相反状态信号，成为本电路的双稳态触发电路4，当前级脉冲信号通过电阻R₄加到双稳态触发电路的计数输入端电容器C₅、C₆，使触发器翻转，若三极管T₃原来饱和则翻转后变为截止，截止的三极管T₃集电极电压升高，为下级推动开关电路A提供触发信号，相反若三极管T₄原来饱和，则翻控后变为截止，截止的三极管T₄集电极呈高电压，为下级推动开关电路B提供触发信号。所述的推动开关电路5包括推动开关电路A和推动开关电路B，电阻R₁₁连接在三极管T₃与三极管T₆之间，电阻R₁₃连接在三极管T₆与三极管T₈之间，三极管T₆与三极管T₉相接，三极管T₈连接在电源开关SW与三极管T₇之间，三极T₉连接在电源负极与三极T₁₀之间，三极管T₈与T₇的接点与三极管T₉与T₁₀的接点之间跨接有电机M，用于使电机正转，成为推动开关电路A，当前一级触发信号通过电阻R₁₁加到三极管T₆，于是三极管T₆、T₈、T₉饱和导通，电流从一极进入电机M，使电机M正转；电阻R₁₂连接在电阻R₈和R₁₀的接点与三极管T₅之间，电阻R₁₄连接在三极管T₅与T₇之间，三极管T₅与T₁₀相接，三极管T₇与电源负极相接，三极T₁₀与电源开关SW相接，用于电机反转，成为推动开关电路B，当三极管T₄原来饱和，则翻转后变为截止，截止的三极管T₄集电极呈高电压，通过电阻R₁₂加到三极管T₅，于是三极管T₅、T₇、T₁₀导通，电流从另一极进入电机M，使电机反转，推动开关电路A、B结合成为电机正反转执行电路，电机驱动玩具内齿轮等机构运行，使玩具实现两种动作。当挤压气囊1一下，玩具实现一个动作，再挤压气囊1一下，玩具实现另一个动作，如此循环。当实现多重动作时采用编码、解码电路完成(图2)。

实施例3.脑电信号控制红外线遥控装置

游戏者佩戴脑电电极，采集脑电信号，提取脑电α波，计算脑电α波的数量及振幅，与基线值对比，计算倍增因子数值，转化为控制指令，控制运动装置的运动方向及运动速度。

本实施例中红外线控制装置，包括发射部分和接收部分。发射部分由电池1、振荡电路2、红外发射电路3、发射器壳体9、凸透镜11等组成；接收部分由红外接收及放大电路6、振荡升压电路5、单稳态输出电路7、声光电路8、接收器壳体10等组成。发射器壳体9可制成手枪型，凸透镜11装在枪嘴处，线路板12装在枪身内，线路板12的一边(近凸透镜处}装有红外发射二极管LED1、LED2，它发射的红外线经凸透镜11聚焦而输出平行的红外光。接收器壳体10可制成战车形(也可制成头盔形)，在车的前端装有红外接收二极管LED3，在车体内还装有线路板13及电池4。

参照图4，振荡电路2由集成电路1C1、电阻R1-R3\电容C1等组成；红外发射电路3由三极管BG1、红外发射二极管LED1、LED2等组成；振荡升压电路5由集成电路IC2、电阻R6、R7、电容C3-C5、二极管D1-D4等组成；红外接收及放大电路6由集成电路IC3、红外接收二极管LED3、三极管BG2、电阻R9-R12、电容C7-C9等组成，单稳态输出电路7由集成电路IC4、三极管BG3、电阻R13-R15等组成。

集成电路IC1的3脚通过电阻R3与三极管BG1的基极相连，BG1的发射极与红外发射二极管LED1、LED2相接。红外接收二极管LED3与集成电路IC3的1脚相接，IC3的1脚通过电阻R11与三极管BG2的基极相接，BG2的集电极通过电容C11与集成电路IC4的2脚相接，IC4的3脚通过电阻R15与三极管的基极相接，BG3的射极与指示灯XD1、XD2及音乐发生器IC5相接。

实际使用时，接通电源开关K11，接通电源，由IC1振荡输出的40Hz载波通过BG1推动红外发射管LED1、LED2，输出40Hz红外线经凸透镜11聚焦而输出平行载波红外光。

红外接受二极管LED3及IC3接收到红外光信号后推动IC4作单稳态输出，引发光电效应，如配置烟雾发生器则会产生烟雾。IC2中的F1、F2组成振荡器、F3、F4、F5组成升压器，为IC3提供5～8伏电源，从而增加发射距离。

实施例4.后轮双驱动式遥控运动装置

本实施例中提供了一种应用生理信号控制运动装置左右方向调节的解决方案，即采用两只马达分别驱动左、右后轮，左、右轮驱动马达分别接受游戏者左、右侧代表生理信号改变程度的倍增因子数值转化的控制信号控制，当两者平衡时，左右轮转速相等，运动装置向前移动。当出现不平衡时，则偏向某一方向行驶。

附图5中，本实施例包括马达1、11、马达齿轮2、22、中间齿轮3、33、后驱动齿轮4、44、后车轮5、55、车体A、遥控器D。固装于马达1、11上的马达齿轮2、22分别通过中间齿轮3、33与后驱动齿轮4、44啮合，后驱动齿轮4、44分别与后车轮5、55固定连接，遥控器D上固装有马达1、11的控制开关B、C，马达1、11分别固装于车体A内。

当使用本实用新型时，启动遥控器D上控制开关B、C，分别控制马达1、11的启动，从而通过马达齿轮2、22带动与其啮合的中间齿轮3、33转动，进一步带动后驱动齿轮4、44转动，使得与其固定连接的后车轮5、55转动，使得车体A移动：若需转动方向，则关闭控制开关B或C，马达1或11停止转动，导致后车轮5或55停转，则车体A向停止后车轮转动的方向转向，从而实现转弯动作。

见附图6中，马达齿轮2通过中间齿轮3、10与驱动齿轮4啮合，与后车轮固定连接的驱动齿轮4通过渡齿轮6、7、8与前驱动齿轮9啮合，前驱动齿轮9与前车轮固定连接。若启动马达带动马达齿轮2转动，则可通过各齿轮的啮合关系从而实现与后、前车轮固定连接的后、前驱动齿轮4、9转动，带动后、前车轮转动：或需用转向，则重复前述动作即可实现。

实施例5.编码型遥控装置

图7表示遥控玩具元件的方块图，其借助于从遥控装置发出的遥控信号进行遥控。使用者101，可以操作信号发生器，例如发射光源102。发出各种不同组合的脉冲型发射光(明暗交替形式，以不同频率组合)。光锥可以指向光检测器103。光检测器可以位于玩具元件104中遮光板的后面。玩具元件例如可以是组装元件，其可以和同一类或其它类的组装元件连接。检测器103可以响应其接收到的光发射信号。所述信号可以是模拟信号，其取决于落在光检测器上的光的强度，或者只简单地取决于信号的开/关。玩具元件104包括微处理器105，其可以执行存储在存储器110中的一个或几个程序。微处理器105和若干个用于发送和接收信号的单元相连。第一单元109可以接收例如来自开关112的外部机械作用的信号。第二单元108可以通过灯或光二极管113发送光信号。第三单元107可以控制电动机114。第四单元106可以通过声音发生器115例如扬声器或压电元件发出声音信号。此外，微处理器置105可以控制LCD116。开关111重可以用于选择微处理器105的状态，使得从一组程序步骤中选择子组程序步骤。

因而，可以组合上述的元件/单元，使得所述玩具元件可以被色括在例如轿车或其它的车辆或者可移动的形体结构中，所述结构由玩具组装元件构成。

图8表示用于响应操作选择从一组程序步骤中选择程序步骤的子组的程序的流程图。所述操作选择例如可以通过操作开关111直发生。所示的流程从在步200开始。然后选择程序步骤的子组。程序步骤的子组也被称为规则。在201中，规则R从在存储器110中存储的基于程序的规则形式的预定的RI-R7的集合中选择.在步202确定选择的规则是否规则R＝RI。如果是，则在步203中执行基于程序RI的规则。如果不是，在检查是否选择了规则R＝R2。相应地，在步204，206和208确定选择的规则是否是2，3，或7，并且在步205，207或209执行各个规则。因而可以在几个规则当中选择一个规则。这些规则例如可以由玩具元件的制造者确定。

不过，也可以存储使用者通过组合预定的规则规定的规则。这将在下面结合图7进行说明。

图9表示程序流程图，所述程序用于响应记录的脉冲图形通过选择程序步骤以多种方式控制一种装置。声音/视觉信号可以响应收到的记录的脉冲图形被发出。脉冲图形可以通过闪烁一个便携手电筒产生。

步301相应于图2的步208。在步302，检测脉冲图形，所述脉冲图形例如由1秒的脉冲，1秒的停止，1秒的脉冲，1秒的停止，和3秒的脉冲构成。

在步302确定确定脉冲图形是否是已知的脉冲图形(例如在存储器110中和其它脉冲图形一道存储的)。如果脉冲图形是存储的脉冲图形S1(“是”)，则在步305播放使用者可辨别的声音或视觉信号L1。声音信号例如可以借助于压电元件播放。因而使用者可以接收到可辨别的指令。这可以是利用玩具元件进行游戏的一部分。在步307，玩具元件通过执行在微处理器105中的指令序列而完成一个给定的动作，使使用者可以被给予“奖励”。

此外，如果在步303的光序列不能被识别，在步304可以播放另一个声音序列L2。然后，玩具元件可以执行一个相应于错误回答的动作。

Claims

1.本发明提出的装置由生理信号监测模块、运动控制模块和娱乐型运动模块组成，生理信号监测模块负责采集、调理、转换各种生理信号，对信号进一步处理、分析、计算出代表游戏者生理信号变化程度的倍增因子数值，将此数值传输到运动控制模块，计算并编码成运动控制信号直接传输或通过遥控传输方式下达指令给娱乐型运动模块，按照传输的指令执行规定的动作。本发明的装置既可以增加娱乐型运动装置的趣味性和竞争性，还可以广泛应用于生物反馈训练和放松训练等多种健康及医学领域的应用。

2.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，本发明装置中运动控制模块与生理信号监测模块可以采用同一计算机硬件装置，由专用设计的不同软件运行以实现各自的目的和任务，也可以采用两个独立的计算机装置，相互之间通过连线或无线通讯方式相互联接，当运动控制模块为独立的计算机装置时，其结构内含中央处理器(CPU)，寄存器、ROM、RAM、输入/输出端口的单片机或其他类型计算机装置和通用接口电路、遥控发射/接受装置、键盘等装置。运动控制模块的功能是按照预置的规则，将从生理监测模块接收的游戏者个人倍增因子数值转化为输出控制指令，通过数据编码电路或者数据编码软件将输出控制指令进行编码后，直接或通过无线方式发送至娱乐型运动模块。

3.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，本发明中的娱乐型运动装置，由控制主板和执行部分组成，控制主板构成包括：内含CPU、寄存器、ROM、RAM、输入/输出端口的单片机、通讯接口电路、遥控接收/发射装置、地址设置机构、数据解码电路或软件、运动驱动及控制电路，其主要功能是接受来自运动控制模块的指令，将传送的指令解码，传送到运动驱动及控制电路，驱动及控制运动执行部分，按照指令完成规定的动作和运动，娱乐型运动装置，包括电动式遥控的汽车、摩托车、火车、飞机、坦克、船舰、赛马玩具或模型装置，和游戏者自己驾驶的电动汽车、碰碰车、方程式赛车、电动火车等装置。

4.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，本发明中娱乐型运动装置的执行的动作包括运动装置的启动、加速、减速、停止、向左、向右、后退，以及运动装置附属模块中的各种动作，这些动作包括发出声音和发光增添真实效果，或者发射光束向对抗的其他运动装置射击等动作。在上述动作，有大部分动作由游戏者的生理信号来控制，其他部分由游戏者的四肢来控制。本发明装置可以全部由游戏者生理信号控制，或者采用生理信号与手动控制结合的方式进行控制，根据不同娱乐型运动装置的不同游戏方法，组合最合理的解决方法。

5.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，本发明的装置可以采用生理信号控制和手动控制结合的方式，运动控制模块根据预先设置的功能，同时接受生理信号控制指令和手动控制指令，经处理和编码后，发出指令控制运动装置的各项动作。这种联合控制方式更加适合于复杂的游戏或竞赛。采用这种控制方法多种多样，可以任意组合，一种可行的控制解决方式是，采用生理信号控制运动装置的启动，运动装置的运行速度，以及运动装置中模拟射击装置的射击次数，而采用手动方式控制运动装置左右前后的行驶方向，以及模拟射击装置的扣击开关，由定时开关控制运动装置的停止。另一种可行的控制解决方案是由生理信号控制运动装置的启动、前进、加速、减速、倒退、倒退加速，以及模拟射击装置的射击次数。而手动控制运动装置左右行驶方向以及模拟射击装置的扣击板机，定时开关控制运动装置停止。

6.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，本发明传送生理信号控制指令或手动指令至运动控制模块，并转化为控制信号直接传输到娱乐型运动装置，例如，游戏者本人驾驶的电动汽车、微型方程式赛车、碰碰车等装置时，生理信号控制指令(启动、前进、加速、后退等)，经运动控制模块转化为控制信号，通过驱动及控制电路，直接控制直流电机顺时针方向转动、转速加快、转速减慢、逆时针方向转动来完成运动装置向前运动、加速运动、减速运动、后退运动等动作。而手动转动方向盘和脚踩刹车则可以控制运动装置的方向和停止。这种形式的信号传输可以通过导线来完成。游戏者佩戴的生理信号监测模块，运动控制模块和运动装置可以采用一个或数个单片机，设计专用软件和添加外围部件组合。控制信号可以模拟电压控制信号方式通过控制模块控制运动装置。

7.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，当本发明需要采用遥控方式控制近距离或远程的运动装置时，生理信号监测模块、运动控制模块与娱乐型运动装置之间必须采用发射/接受控制信号的方式来实现。这种信号传输方式必须采用信号发射装置和信号接受装置才能得以实现。为了完成相对复杂的多种控制功能，发射的信号必须采用编码方式，而接收的信号则需解码后，才能转变为有效的控制信号，所以在发射信号装置上需增加编码装置，在接受信号装置上需要增加信号解码装置，按照不同传输信号的方式和途径，有多种编码和解码方法和技术，可根据需要选用。

8.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，有多种遥控方式可以实现本发明的目的。一种常用的遥控装置是无线电遥控装置，由无线电遥控发射器发出无线电信号，由无线电遥控接受器接受无线电信号，并将信号编译后传送至运动装置的执行机构。这种遥控装置及方式适合长距离遥控方式。另一种可行的遥控方式是采用红外线遥控装置，由红外线放射装置及红外线接受装置构成，适用于室内近距离遥控。。另一种可行的遥控方法是激光遥控方法，采用激光放射装置和激光接受装置构成，适合短距离直线控制。声波和超声波遥控装置是另一种可行的遥控方法，由声波发生器、超声波发生器和声波接受装置、超声波接受装置构成，适合于简单控制，普通光源，经过适当编码后，配合光电管和编码装置也可构成遥控装置。采用何种遥控方法和装置可以根据需要进行选择。

9.按照权利要求1所述的装置，本发明的技术特征是，本发明装置可以用于单人游戏，多人、多组游戏，或者用于多人、多组以特定的规则约束进行的竞赛，既可以用于单人的生物反馈训练、放松训练、超能量训练，也可以用于多人、多组娱乐方式的健康训练，还可以用于开展高趣味性、高难度的专业对抗竞赛。当以低价简单形式应用于家庭时，可以作为家庭的健康训练装置，应用于家庭的健康保健和疾病预防。