一种融合脑电反馈的故事化交互驱动精细动作分级训练系统的制作方法

本技术精细动作训练与脑机交互，特别是涉及一种融合脑电反馈的故事化交互驱动精细动作分级训练系统。

背景技术：

1、精细动作能力和手眼协调能力是人体完成书写、抓取、装配及日常生活操作的重要基础，也是反映上肢运动控制水平的重要指标。在儿童能力培养、特殊教育及康复训练等领域，通常需要通过持续的动作练习，提高使用者对手指、手腕及上肢的控制能力，并对其动作完成情况进行评估，以便了解使用者的训练状态和能力变化。

2、现有的精细动作与手眼协调训练通常采用插放、拿取、旋拧、穿孔或轨迹移动等训练器具，由使用者按照预设要求重复完成相应操作。此类训练方式虽然能够在一定程度上实现动作能力锻炼，但训练内容和交互形式相对固定，长时间重复训练容易降低使用者的参与积极性。同时，现有训练效果多根据完成时间、完成数量、操作失误情况或指导人员的观察结果进行判断，对使用者训练过程中的实际状态反映较为有限，且不同使用者或同一使用者在不同训练阶段通常采用相近的训练内容和训练强度，难以保证训练任务始终与使用者的实际能力相适应。

3、因此，在精细动作与手眼协调训练中，训练过程的持续参与性不足、训练状态反映不充分以及训练内容与使用者实际能力的适配性较差，成为亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种融合脑电反馈的故事化交互驱动精细动作分级训练系统，旨在解决现有技术在精细动作与手眼协调训练中，训练过程的持续参与性不足、训练状态反映不充分以及训练内容与使用者实际能力的适配性较差的问题。

2、第一方面，一种融合脑电反馈的故事化交互驱动精细动作分级训练系统，包括脑电采集装置、训练操作终端和交互终端；

3、所述脑电采集装置，用于采集使用者执行精细动作训练任务过程中的脑电信号，并将所述脑电信号发送至所述训练操作终端；

4、所述训练操作终端包括操作面板、动作识别模组、操作数据处理单元、脑电数据处理单元、主控处理单元、反馈模组和数据通信单元；

5、所述操作面板设置有多个训练操作区域，多个所述训练操作区域分别与多种精细动作训练模式相关联；

6、所述动作识别模组，用于识别所述使用者在与目标精细动作训练模式对应的训练操作区域内执行精细动作训练任务时的操作状态；

7、所述操作数据处理单元，用于根据所述操作状态确定操作动作数据；

8、所述脑电数据处理单元，用于对所述脑电信号进行处理，得到脑电状态参数；

9、所述主控处理单元，用于根据所述脑电状态参数和所述操作动作数据生成实时训练反馈结果，根据所述实时训练反馈结果控制所述反馈模组输出本地训练反馈，并通过所述数据通信单元向所述交互终端发送所述脑电状态参数、所述操作动作数据和所述实时训练反馈结果；

10、所述交互终端部署有故事交互应用，所述故事交互应用配置有分别与多种所述精细动作训练模式相关联的多个故事化训练任务；

11、所述交互终端，用于呈现与所述目标精细动作训练模式相关联的目标故事化训练任务，根据所述实时训练反馈结果更新所述目标故事化训练任务的交互反馈内容，并在所述目标故事化训练任务完成后，根据所述脑电状态参数和所述操作动作数据确定训练评价结果，根据所述训练评价结果调整下一故事化训练任务的训练难度参数；

12、其中，所述训练难度参数包括操作尺寸、操作数量和操作时限中的至少一种。

13、上述方案中，可选的，所述脑电数据处理单元用于：

14、采用daubechies 4小波基对所述脑电信号进行小波变换和脑电特征提取，得到脑电特征；

15、根据所述脑电特征确定所述脑电状态参数；

16、其中，所述脑电状态参数包括专注度参数、放松度参数和情绪参数中的至少一种。

17、上述方案中，可选的，多个所述训练操作区域包括拿捏区、旋拧区、穿孔区和楔形槽区；

18、所述拿捏区用于供所述使用者执行精细捏放训练任务和精细捏取训练任务；

19、所述旋拧区用于供所述使用者执行精细拧入训练任务和精细拧出训练任务；

20、所述穿孔区用于供所述使用者执行悬肘穿孔训练任务和穿孔悬停训练任务；

21、所述楔形槽区用于供所述使用者执行悬肘平移训练任务和楔形悬停训练任务。

22、上述方案中，可选的，所述动作识别模组包括动作感应组件，所述动作感应组件包括电路接通感应板、红外识别组件和微动开关组件中的至少一种；

23、所述训练操作终端还包括操作零部件、尺寸适配结构和感应笔中的至少一种；

24、所述动作识别模组用于识别所述操作零部件相对于所述拿捏区的放入状态和取出状态中的至少一种，识别所述操作零部件相对于所述旋拧区的拧入状态和拧出状态中的至少一种，或者识别所述感应笔相对于所述穿孔区或所述楔形槽区的移动状态、接触状态和悬停状态中的至少一种；

25、所述操作数据处理单元用于根据所述动作识别模组的识别结果，确定操作完成时长、操作准确率、操作正确次数、操作失误次数、碰壁次数和稳定保持时间中的至少一种，作为所述操作动作数据。

26、上述方案中，可选的，所述反馈模组包括喇叭、警示灯、多颗分级脑电指示灯和显示屏中的至少一种；

27、所述主控处理单元用于将所述脑电状态参数与预设脑电状态条件进行比较，并将所述操作动作数据与预设动作达标条件进行比较；

28、当所述脑电状态参数不满足所述预设脑电状态条件，或者所述操作动作数据不满足所述预设动作达标条件时，生成状态调整提示，控制所述反馈模组以声音、灯光和显示信息中的至少一种形式输出所述状态调整提示，并将所述状态调整提示发送至所述交互终端；

29、所述交互终端用于以与所述目标故事化训练任务相匹配的语音、文字、画面和弹窗中的至少一种形式输出所述状态调整提示；

30、其中，所述状态调整提示包括注意力集中提示、放松状态调整提示和动作姿势矫正提示中的至少一种。

31、上述方案中，可选的，所述脑电状态参数包括专注度参数和放松度参数，所述交互终端用于：

32、根据所述专注度参数在所述目标故事化训练任务执行期间达到预设专注度阈值的时长与所述目标故事化训练任务的任务总时长，确定专注度达标率；

33、根据所述放松度参数在所述目标故事化训练任务执行期间达到预设放松度阈值的时长与所述任务总时长，确定放松度达标率；

34、根据所述目标故事化训练任务的实际完成时长和预设标准时长，确定操作完成时长达标率；

35、根据所述操作动作数据中的操作准确率、操作失误次数和碰壁次数中的至少一种与对应的预设动作评价条件之间的关系，确定操作质量指标；

36、按照预设权重对所述专注度达标率、所述放松度达标率、所述操作完成时长达标率和所述操作质量指标进行加权处理，得到综合评分，并将所述综合评分作为所述训练评价结果。

37、上述方案中，可选的，所述交互终端用于：

38、将所述综合评分分别与预设第一评价阈值和预设第二评价阈值进行比较，所述预设第一评价阈值大于所述预设第二评价阈值；

39、当所述综合评分大于或等于所述预设第一评价阈值时，减小所述下一故事化训练任务对应的操作孔径和操作槽宽度中的至少一种，以提高所述下一故事化训练任务的训练难度；

40、当所述综合评分小于所述预设第一评价阈值且大于或等于所述预设第二评价阈值时，保持所述下一故事化训练任务的训练难度；

41、当所述综合评分小于所述预设第二评价阈值时，增大所述下一故事化训练任务对应的操作孔径、增大所述下一故事化训练任务对应的操作槽宽度、延长所述下一故事化训练任务对应的操作时限和减少所述下一故事化训练任务对应的操作数量中的至少一种，以降低所述下一故事化训练任务的训练难度。

42、上述方案中，可选的，所述训练系统具有故事化交互模式和精简训练模式；

43、在所述故事化交互模式下，所述训练操作终端与所述交互终端通信连接，由所述交互终端呈现所述故事化训练任务、更新所述交互反馈内容、确定所述训练评价结果并调整所述训练难度参数；

44、在所述精简训练模式下，所述训练操作终端在不与所述交互终端通信连接的情况下，根据所述脑电状态参数和所述操作动作数据，通过所述反馈模组输出所述本地训练反馈并记录训练数据；

45、所述训练操作终端还用于在未获取所述脑电信号时，根据所述操作动作数据确定操作训练结果，所述操作训练结果包括操作完成时长、操作失误次数和操作正确次数中的至少一种。

46、第二方面，一种融合脑电反馈的故事化交互驱动精细动作分级训练方法，所述方法包括：

47、确定目标精细动作训练模式，并呈现与所述目标精细动作训练模式相关联的目标故事化训练任务；

48、在使用者按照所述目标故事化训练任务执行精细动作训练操作的过程中，获取所述使用者的脑电信号和操作状态；

49、对所述脑电信号进行处理，得到脑电状态参数，并根据所述操作状态确定操作动作数据；

50、根据所述脑电状态参数和所述操作动作数据生成实时训练反馈结果，根据所述实时训练反馈结果输出本地训练反馈，并更新所述目标故事化训练任务的交互反馈内容；

51、在所述目标故事化训练任务完成后，根据所述脑电状态参数和所述操作动作数据确定训练评价结果；

52、根据所述训练评价结果调整下一故事化训练任务的训练难度参数；

53、其中，所述训练难度参数包括操作尺寸、操作数量和操作时限中的至少一种。

54、上述方案中，可选地，所述方法还包括：

55、在每个故事化训练任务完成后，根据对应的脑电状态参数和操作动作数据生成阶段训练报告；

56、按照预设的故事化训练任务顺序，针对多个故事化训练任务分别执行脑电信号和操作状态获取、实时训练反馈、训练评价以及训练难度调整，直至完成所述多个故事化训练任务；

57、根据多个所述阶段训练报告生成全流程训练报告；

58、其中，所述阶段训练报告和所述全流程训练报告包括脑电状态参数变化信息、操作完成数据、训练能力变化信息和训练评价信息中的至少一种。

59、相比现有技术，本技术至少具有以下有益效果：

60、本技术基于对现有技术问题的进一步分析和研究，认识到现有技术在精细动作与手眼协调训练中，训练过程的持续参与性不足、训练状态反映不充分以及训练内容与使用者实际能力的适配性较差的问题，通过将脑电采集装置、训练操作终端和交互终端进行协同设置，利用脑电采集装置获取使用者执行精细动作训练任务过程中的脑电信号，利用动作识别模组和操作数据处理单元获取反映精细动作完成情况的操作动作数据，并由脑电数据处理单元将脑电信号处理为脑电状态参数，使训练系统能够同时获得使用者的内在脑电状态和外在动作表现；在此基础上，主控处理单元根据脑电状态参数和操作动作数据生成实时训练反馈结果，一方面控制反馈模组输出本地训练反馈，另一方面将相关数据发送至交互终端，由故事交互应用根据实时训练反馈结果动态更新与精细动作训练模式相关联的故事化训练任务的交互反馈内容，从而使训练内容能够随使用者的实时状态产生相应变化，增强训练过程的互动性和持续参与性；同时，在目标故事化训练任务完成后，交互终端根据脑电状态参数和操作动作数据确定训练评价结果，并依据训练评价结果调整下一故事化训练任务的操作尺寸、操作数量和操作时限中的至少一种，使后续训练内容能够随使用者实际能力进行适配，进而能够解决现有精细动作与手眼协调训练中持续参与性不足、训练状态反映不充分以及训练内容与使用者实际能力适配性较差的问题。