一种基于机械臂的脑控按摩轮椅

1.本实用新型涉及电动轮椅应用技术领域，具体涉及一种基于机械臂的脑控按摩轮椅。


背景技术：

2.大脑是中枢神经中最大最复杂的结构，也是最高部位，其运动系统负责产生和控制运动，通过神经传递到身体运动神经元，达到控制肌肉的目的，实现身体控制。但是随着人的年龄增长，身体机能逐渐下降，甚至由于疾病无法活动，另外还存在由于天灾人祸导致的身体残疾，此时大脑无法直接控制身体，导致生活无法自理。基于这种情况，脑-机接口技术开始发展起来，并且越来越广泛地应用在人们的生活中，在脑控轮椅的研究中，越来越先进的功能轮椅，为活动不便的老年人和丧失自身运动控制能力的残疾人提供了性能优越、操作简便的辅助系统，不仅帮助他们提高了行动自由度，实现生活自理，还从侧面改善了患者的心理状态，从某种程度上挽救了他们的家庭。
3.目前的脑控轮椅有基于视觉刺激的脑电控制方式，通过屏幕上字符闪烁的视觉刺激，在大脑相应位置产生对应的脑电信号，配合放大器的信号放大和处理能力，通过对脑电信号的特征识别确定患者想要表达的言语，并将其转化为控制信号，实现自主行动。但是，尽管可以按照使用者的想法实现轮椅的自由活动，而发出信号的眼睛却会过度疲劳，对于年纪大的老人或者瘫痪的病人来说，眼部按摩成了一件难以完成的事，日积月累，眼部的健康问题成为隐患。虽然有像中国发明专利cn202010400613.x中提出的一种脑电反馈智能眼部理疗仪，通过检测人体在接受电针灸按摩仪眼部理疗过程中脑电信号的变化，实时改变理疗模式，帮助使用者减缓面部疲劳，提拉眼线，减少皱纹。但是，这种需要专门实施的眼部按摩护理，并不能在轮椅上随时进行，实时性差，并不能立刻缓解眼部疲劳，对此，我们提出一种更加完善的脑控轮椅，能够结合机械臂，将眼部按摩装置配置在机械臂末端，在用眼疲劳时，通过脑电信号的变化即可识别到用眼疲劳情况，实现眼部按摩装置自主工作，放松眼部肌肉。


技术实现要素：

4.本实用新型主要是解决轮椅使用者长时间接受屏幕上字符闪烁的视觉刺激后，眼部会产生不适和疲劳的情况，需要一种能够实时检测眼部疲劳并进行眼部按摩的装置，从而方便、快捷地缓解眼部疲劳。本实用新型通过微机、机械臂、眼部按摩装置、kinect摄像头和可穿戴脑电帽等装置的配合，充分利用了脑控技术，当眼睛观察刺激界面时，可穿戴脑电帽检测在大脑产生的脑电信号，如果识别到发生视觉疲劳的脑电信号时，kinect摄像头辅助眼部按摩装置对准眼部，眼部按摩装置开始工作，进而缓解眼部疲劳问题。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.本实用新型公开的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，包括电动轮椅，所述电动轮椅的底座安装有微机和支架，所述支架从电动轮椅一侧向前延伸并安装有屏幕、机械臂和
kinect摄像头，所述屏幕能够向使用者显示刺激显示界面，所述机械臂上安装有眼部按摩装置，所述眼部按摩装置内置按摩控制器和两个按摩气囊，所述按摩控制器能够控制按摩气囊，所述按摩控制器和微机通过蓝牙连接，所述机械臂和kinect摄像头分别和微机连接，所述微机还连接有可穿戴脑电帽和轮椅驱动装置，所述轮椅驱动装置能够驱动电动轮椅的运动。
7.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述可穿戴脑电帽采集的脑电信号包括ssvep脑电信号和p300脑电信号。可使脑电控制具备更好的识别准确率和信息传输率。
8.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述机械臂采用六自由度机械臂，进一步增强了机械臂的活动灵活性，使其上安装的眼部按摩装置能够更方便对准眼部。
9.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述微机运行的功能模块包括脑电信号预处理模块和脑电信号特征提取与分类模块，所述脑电信号预处理模块能够对可穿戴脑电帽采集的脑电信号进行预处理，然后通过脑电信号特征提取与分类模块进行特征提取与分类，将脑电信号转化为控制命令。
10.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述微机和轮椅驱动装置间还连接有电动轮椅控制模块，所述电动轮椅控制模块作为电动轮椅的控制中心，能够接收微机的控制命令，并控制轮椅驱动装置，还可基于此在电动轮椅上进一步扩展其他功能。
11.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述电动轮椅控制模块连接有雷达探头，所述雷达探头安装在电动轮椅的四周。若发现和障碍物距离过近，电动轮椅控制模块立即控制轮椅驱动装置，进行紧急制动，以防止发生撞击事故。
12.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述kinect摄像头正对使用者的眼部，所述kinect摄像头与使用者的眼部距离范围为0.4米～0.9米。
13.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述kinect摄像头的高度与使用者的眼部高度相同。
14.考虑到不同使用者的身高不同，眼部的高度位置也不相同，作为具体的实施方式，所述kinect摄像头下的支架为圆柱形，并具有伸缩和转动功能，采用上述设计的支架不仅能够实现kinect摄像头的全方位调整，而且kinect摄像头在运行时不需要移动、转动，不需要机械臂，因此该设计也能够进一步节约成本。
15.如上所述的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，所述眼部按摩装置内还安装有音乐播放器，所述音乐播放器与按摩控制器连接，在按摩过程中播放音乐，舒缓心情。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.本实用新型公开的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅，采用了ssvep—p300混合范式脑电信号控制方式，大大提高了识别准确率和信息传输率，当眼睛观察刺激界面时，如果可穿戴脑电帽识别到发生视觉疲劳的脑电信号时，kinect摄像头辅助眼部按摩装置对准眼部，眼部按摩装置开始工作，进而缓解眼部疲劳问题；采用六自由度机械臂，进一步增强了机械臂的活动灵活性，使其上安装的眼部按摩装置能够更方便对准眼部；音乐播放器能够在按摩过程中播放音乐，舒缓心情。
附图说明
18.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本技术的方案和优点对于本领域普通技
术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。
19.在附图中：
20.图1为本实用新型实施例1的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅的结构示意图；
21.图2为实施例1的系统框图；
22.图3为实施例1脑电信号处理流程图。
23.图中各附图标记所代表的组件为：
24.1、微机，2、支架，3、屏幕，4、机械臂，5、kinect摄像头，6、眼部按摩装置，7、可穿戴脑电帽，8、雷达探头。
具体实施方式
25.下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
26.实施例1
27.参见图1，其中图1为本实施例1的一种基于机械臂的脑控按摩轮椅的结构示意图，包括电动轮椅，所述电动轮椅的底座安装有微机1和支架2，所述支架2从电动轮椅一侧向前延伸并安装有屏幕3、机械臂4和kinect摄像头5，所述屏幕3能够向使用者显示刺激显示界面，所述机械臂4上安装有眼部按摩装置6。所述眼部按摩装置6内置按摩控制器和两个按摩气囊，所述按摩控制器能够控制按摩气囊对眼部的压力，在本实施例中，眼部按摩装置6还内置了压力检测器，按摩控制器根据压力检测器的反馈来将压力调整到合适的范围；同时，微机1还可根据脑电信号的变化，实时调整按摩时的压力。所述按摩控制器和微机1通过蓝牙连接，所述机械臂4和kinect摄像头5分别和微机1连接，所述微机1还连接有可穿戴脑电帽7和轮椅驱动装置，所述轮椅驱动装置能够驱动电动轮椅的运动。
28.进一步的，屏幕3显示的刺激显示界面刺激用户产生相应的p300信号和ssvep信号，所述可穿戴脑电帽7采集的脑电信号包括ssvep脑电信号和p300脑电信号。采用ssvep—p300混合范式脑电信号控制方式，是因为二者的产生位置不同，并且p300特征表现为时域上，而ssvep特征表现在频域上，在特征识别时，互不干扰，根据用户脑内ssvep的频率特征确定注视字符所在列，根据p300成分的出现时间确定注视字符所在行，可使脑电控制具备更好的识别准确率和信息传输率。另外，如图1所示，可穿戴脑电帽7已发展出支持蓝牙通信的型号，因此可穿戴脑电帽7与微机1通过蓝牙连接，省去了线缆连接在操作和运动时带来的麻烦。
29.参见图1，进一步的，所述机械臂4采用六自由度机械臂，进一步增强了机械臂4的活动灵活性，使其上安装的眼部按摩装置6能够更方便对准眼部。
30.参见图3，所述微机1运行的功能模块包括脑电信号预处理模块和脑电信号特征提取与分类模块，所述脑电信号预处理模块能够对可穿戴脑电帽7采集的脑电信号进行预处理，实现对脑电信号的放大、滤波、模数转换和去伪迹处理，然后通过脑电信号特征提取与分类模块进行特征提取与分类，最终将脑电信号转化为控制命令。控制命令可分为按摩命令和电动轮椅的运动命令，如果经过分类识别后得到的是视觉疲劳的脑电信号时，微机1发
送按摩命令给六自由度机械臂、按摩控制器和kinect摄像头5，首先通过kinect摄像头5实现对使用者眼部的位置识别，控制机械臂4及眼部按摩装置6开始向眼部移动，kinect摄像头5在这个过程中进行辅助导航。由于按摩控制器与微机1间通过蓝牙连接，不会有线材缠绕。眼部按摩装置6到达眼部，微机1通过蓝牙启动按摩控制器，使其控制按摩气囊对眼部进行按摩，在此期间也会时刻检测脑电信号的变化，通过智能数据分析通过将生理数据和工作状态进行匹配，眼部按摩装置6还内置了压力检测器，方便调节按摩强度，达到最好的按摩效果；如果经过分类识别后得到的是控制电动轮椅运动的脑电信号时，微机1发送命令给电动轮椅控制模块。
31.参见图2，所述微机1和轮椅驱动装置间的电动轮椅控制模块，是电动轮椅的控制中心，能够接收微机1的控制命令，并控制轮椅驱动装置，轮椅驱动装置驱动电动轮椅前进、后退、左转、右转、加速前进、减速前进、加速后退、减速后退以及避障，还可基于此在电动轮椅上进一步扩展其他功能，如在电动轮椅安装智能化的操作控制器，使用者也可通过操作操纵控制器实现前后左右和拐弯等移动。
32.参见图2和图3，为保证用户的使用安全，所述电动轮椅控制模块连接有雷达探头8，所述雷达探头8安装在电动轮椅的四周，分别用于监测电动轮椅各个方向的情况，若发现和障碍物距离过近，电动轮椅控制模块立即控制轮椅驱动装置，进行紧急制动，以防止发生撞击事故。
33.优选的，所述kinect摄像头5应正对使用者的眼部，所述kinect摄像头5与使用者的眼部距离范围为0.4米～0.9米，本实施例中选择为0.8米。通过kinect摄像头5实现对使用者眼部的识别，对机械臂4及眼部按摩装置6对准眼部的操作进行辅助导航。
34.进一步的，所述kinect摄像头5的高度与使用者的眼部高度相同。
35.考虑到不同使用者的身高不同，眼部的高度位置也不相同，作为具体的实施方式，所述kinect摄像头5下的支架2为圆柱形，并具有伸缩和转动功能，采用上述设计的支架2不仅能够实现kinect摄像头5的全方位调整，而且kinect摄像头5在运行时不需要移动、转动，不需要机械臂，因此该设计也能够进一步节约成本。
36.参见图2，进一步的，所述眼部按摩装置6内还安装有音乐播放器，所述音乐播放器与按摩控制器连接，在按摩过程中播放音乐，舒缓心情。
37.通过本实施例的方案，采用ssvep—p300混合范式脑电信号控制方式，大大提高了识别准确率和信息传输率，当眼睛观察刺激界面时，如果可穿戴脑电帽7识别到发生视觉疲劳的脑电信号时，kinect摄像头5辅助眼部按摩装置6对准眼部，眼部按摩装置6开始工作，进而缓解眼部疲劳问题；采用六自由度机械臂，进一步增强了机械臂4的活动灵活性，使其上安装的眼部按摩装置6能够更方便对准眼部；音乐播放器能够在按摩过程中播放音乐，舒缓心情。
38.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。