基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种控制方法及控制装置，更具体地，涉及一种基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科技水平的提高，对脑电波研究越来越深，其应用也越来越广泛。而在辅助高龄老人和残疾人的设备中，依赖肌肉、身体动作或者声音指令以及脑电波对轮椅进行控制的技术受到高度关注。人脑是行为活动的控制中心，让机器直接受到大脑的控制是无数行动不便者的心愿，可以让他们像普通人一样更简单自由的实现自己的想法。而近几年也涌现了很多脑电波轮椅的项目，都是单独使用脑电波对轮椅进行控制，在准确度方面几乎都不能达到要求，但是很多老年人和残疾人依然非常关注和支持这个领域。
[0003]由于当前脑电波采集技术很不成熟，导致很多脑电波控制随机性很大，而且很容易受到干扰，非常不稳定。而且国内外相关脑电波采集传感器均在精度和便携性方面存在矛盾:使用高精度的脑电波采集设备要求用户剃光头发，并且在脑袋上涂抹硅胶，佩戴也不方便，因此不能被大多数人接受;而使用的精度的脑电波采集传感器则佩戴方便而且外表美观，但是由于采集的精度过低以及干扰很大，已经无法从中分析出多种用户的实际想法，只能简单的判别用户前额思维的波段范围。因而纯粹使用脑电波控制的轮椅只存在于实验室而无法投入生产，而且在使用的时候，使用者需要时刻高度集中注意力，这就给残障人士增加了很多负担。
[0004]综上所述，现阶段大脑控制轮椅需求旺盛，而纯粹脑电波控制的轮椅短期无法投入生产而且易用性很差，因此寻求一种通过大脑控制轮椅的解决方案迫在眉睫。因此本发明提出一种结合脑电波和头部动作的轮椅控制方案。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置，解决脑电波控制轮椅的易用性和稳定性的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明一种基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法，其特征在于，采用脑电波结合用户头部动作来控制轮椅，其中脑电波用于控制轮椅的启停，用户头部动用于控制轮椅的运动方式。
[0007]基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法，所述控制方法包括:
[0008]步骤一:采集脑电波信息，分析用户是否想要启动轮椅；当检测到用户大脑发出启动轮椅命令时，启动轮椅并等待用户的方向控制；
[0009]步骤二:当轮椅处于启动状态时，用户通过头部动作控制轮椅的运动状态，包括前进、后退、左转、右转、左如进、左后退、右如进、右后退;保持头部动作实现轮椅持续运动，头部动作恢复原位后，轮椅暂停动作，恢复到等待用户的方向控制状态；
[0010]步骤三:当检测到大脑发出停止命令时，轮椅停止工作；[0011 ]步骤四:当轮椅停止工作后，除非重新发出启动命令，否则头部动作不能实现对轮椅的控制。
[0012]作为本发明的进一步优化，本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法所述的脑电波信息和头部动作的采集通过单个头戴设备完成。
[0013]作为本发明的进一步优化，本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法所述的用户头部动作与轮椅运动状态的对应关系可自由对应。
[0014]作为本发明的进一步优化，本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法所述的在轮椅的整个运行过程中，持续检测用户的脑电波状态和头部动作，当无法检测到脑电波时，轮椅停止工作。
[0015]采用上述基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法的控制装置，所述控制装置包括多轴传感器、脑电波米集模块、轮椅控制器、处理器、电机、轮椅和电池，其中多轴传感器和脑电波采集模块集成在单个头戴装置上，并连接在处理器的输入端，轮椅控制器连接在处理器的输出端，轮椅控制器的输出端连接有多个电机，轮椅控制器、处理器和电机均固定在轮椅上。
[0016]作为本发明的进一步优化，本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制装置所述的多轴传感器为MPU6050多轴陀螺仪。
[0017]作为本发明的进一步优化，本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制装置所述的脑电波采集模块采用TGAM模块。
[0018]作为本发明的进一步优化，本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制装置所述的轮椅控制器采用H桥实现，通过四个MOS管的开闭实现电机的正反向旋转，配合PffM控制旋转的速度。
[0019]作为本发明的进一步优化，本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制装置所述的多轴传感器和脑电波采集模块的信息通过无线或者有线方式传输给处理器。
[0020]控制效果:本发明所述基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法，其控制方式采用脑电波启动和停止轮椅，无需担心干扰，以目前的脑电波研究成果实现这两个命令稳定性非常好。而使用头部动作控制轮椅的前后左右及其组合的八个方向运动，操作简单，用户无需集中注意力即可轻松控制轮椅的运动。在实验样机上的测试结果表明该方案控制过程轻松，相对于传统的手动控制的轮椅而言更方便。本发明可以用在残障人士 (特别是手脚都不灵活的人士)的出行辅助设备(电动轮椅、代步车等)以及其他控制领域，如娱乐、航拍控制、机械骨骼等。
[0021]本发明解决了脑电波控制轮椅需要长期集中注意力并且控制不稳定的问题，并兼顾了便携性和用户使用体验。
【附图说明】
[0022]下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
[0023]图1为本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置的结构示意图。
[0024]图2为本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置的硬件结构图。
[0025]图3为本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置的控制流程图。
[0026]图4为图1中的脑电波采集模块2的接线示意图。
[0027]图5为轮椅控制分析原理示意图。
[0028]图6为轮椅控制分析流程图。
[0029]图7为图1中多轴传感器I的接线示意图。
[0030]图8为本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置的原理图一。
[0031]图9为本发明基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法及控制装置的原理图二。
[0032]图中:多轴传感器I；脑电波采集模块2;轮椅控制器3;处理器4;轮椅5。
【具体实施方式】
[0033]【具体实施方式】一:结合图1、2、3说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于脑电波结合头部动作的轮椅控制方法，采用脑电波结合用户头部动作来控制轮椅，其中脑电波用于控制轮椅的启停，无需担心干扰;用户头部动用于控制轮椅的运动方式，使用头部动作控制轮椅的前后左右及其组合的八个方向运动，操作简单，用户无需集中注意力即可轻松控制轮椅的运动。
[0034]【具体实施方式】二:结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9说明本实施方式，本实施方式所述控制方法包括:
[0035]步骤一:采集脑电波信息，分析用户是否想要启动轮椅；当检测到用户大脑发出启动轮椅命令时，启动轮椅并等待用户的方向控制；
[0036]步骤二:当轮椅处于启动状态时，用户通过头部动作控制轮椅的运动状态，包括前进、后退、左转、右转、左如进、左后退、右如进、右后退;保持头部动作实现轮椅持续运动，头部动作恢复原位后，轮椅暂停动作，恢复到等待用户的方向控制状态；
[0037]步骤三:当检测到大脑发出停止命令时，轮椅停止工作；
[0038]步骤四:当轮椅停止工作后，除非重新发出启动命令，否则头部动作不能实现对轮椅的控制。
[0039]使用一个头部继承的设备(比如帽子)将脑电波采集模块2和多轴传感器I连接在一起，将脑电波采集模块2和多轴传感器I采集的数据通过有线或无线的方式传递给处理器4，处理器4根据采集到的脑电波数据和头部运动数据分析出用户的命令然后传递给轮椅控制器3，轮椅控制器3控制轮椅执行。CPU通过串口中断持续计算接收到的脑电波幅度值，当检测到脑电波的幅度值大于阈值时开始计数，在检测到再次低于该阈值时停止计数。然后分析计数值的大小，如果计数值长度大于某一个阈值则判决为轮椅启动命令，开始启动轮椅。
[0040]脑电波采集模块2可以采用TGAM模块，脑电波分析算法可以采用眨眼检测算法，允许用户眨眼时带动的脑电波波动启动和停止轮椅。
[0041 ]多轴传感器I可以采用现有的陀螺仪等模块，例如MPU6050模块，头部动作的检测可以根据输出Χ、γ、ζ轴旋转角度值通过阈值判断。
[0042]轮椅控制器3可以采用H桥实现，通过四个MOS管的开闭实现电机的正反向旋转，配合PffM控制旋转的速度，即可实现多个方向的运动控制。
[0043]由于脑电波采集模块2和多轴传感器I输出均为串行数据，轮椅控制器3和头戴设备的连接可以使用有线或者无线的方式进行数据传输，为了用户使用方便，可以使用无线蓝牙HC-05传输。当使用有线连接的时候，直接使用串口传输数据，将TGAM模块和MPU6050的TX连接到CPU的RX接线上即可，在CPU端配置对应的串口波特率即可实现数据收发。当使用无线连接，比如HC-05蓝牙的时候，将配对好的蓝牙分别接到CPU的RX和TGAM以及MPU6050的TX，上电后TGAM和MPU6050的数据将自动发送到CPU串口缓冲里面。
[0044]开机后，轮椅处于停止状态，并不断接收来至TGAM模块输入的串口数据，并判断串口输出的脑电波采样值是否大于阈值。当检测到脑电波幅度值超过阈值时开始计数，每来一个串口数据计数器加I，当发现串口数据低于阈值的时候检查计数器的值，判断是否大于设定的阈值