基于脑波控制的智能轮椅的制作方法

本发明涉及轮椅领域，尤其涉及一种基于脑波控制的智能轮椅。

背景技术：

脑波是生命活动的基本特征之一，人类在进行思维活动时在大脑产生的生物电信号就是脑波，主要是由皮层内大量神经元突触后电位同步总和所形成的，是许多神经元共同活动的结果。我们的大脑无时无刻不在产生脑波。大脑的可塑性就是神经之间可以产生新的连接，丢掉旧的连接。简单来讲，人们之所以可以把事物联系起来，是因为当神经同时活动时，它们就会联系在一起，反之亦然。当人根据设备要求产生特定的脑波时，就会不自觉的强化有益的大脑状态相关的神经群之间的联系。然而现有的用于脑波诱发的视觉刺激器大都采用黑白闪烁板块诱发，诱发频段单一，而且黑白闪烁板块中黑块和白块的闪烁时长相等，不仅容易引起使用者的视觉疲劳，长时间使用还会造成使用者视力损伤，降低了脑波诱发的灵敏性。随着脑波技术的兴起，脑波采集技术也得到飞速发展。通过放置在头部的传感器来测量脑波信号，并根据脑波信号对外部设备进行控制。通过脑波信号来控制设备一直是人们追求的目标。

目前，在轮椅领域中能够智能行走并上下楼梯的的轮椅通过设置在轮椅上的按键控制，只能用于方便腿脚不便的残疾人。但是不适用于手部也不灵活的残疾人。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种基于脑波控制的智能轮椅，该基于脑波控制的智能轮椅旨在提供一种即使残疾用户手脚都不方便也能够操控的智能轮椅，且残疾用户可自由切入或切出脑控模式。

为实现上述目的，本发明提出的一种基于脑波控制的智能轮椅，包括轮椅座、动力机构、可伸缩地设置于所述轮椅座上的靠背、可转动地设置于所述靠背上端的靠枕以及处理器；

所述靠背的伸缩方向与所述靠枕的旋转轴线均平行于所述靠背的长度方向；所述靠枕的正面用于放置用户的头部，所述靠枕的反面上安装有脑波控制机构；

所述处理器能够在用户选择进入脑控模式时通过所述动力机构旋转所述靠枕并收缩所述靠背以将所述脑波控制机构佩戴于用户的头上，并基于用户的眼球运动和脑波通过所述动力机构控制所述轮椅座进行移动。

优选地，所述靠背通过滑槽机构可伸缩地设置于所述轮椅座上，所述靠背上还设置有齿条，所述轮椅座上设置有用于驱动所述齿条的驱动电机。

优选地，所述脑波控制机构上设置有头顶接触感应器，所述头顶接触感应器信号连接所述处理器。

优选地，所述脑波控制机构设置有充气靠垫，所述轮椅本体设置有与所述充气靠垫连接的风机，所述风机信号连接所述处理器。

优选地，所述靠背上设置有伺服电机，所述伺服电机的输出轴平行于所述靠背的长度方向，所述靠枕固定于所述伺服电机的输出轴上。

优选地，所述基于脑波控制的智能轮椅包括存储器，所述存储器用于记录用户的属性信息。

优选地，所述脑波控制机构包括脑波采集器和设置于所述脑波采集器上的虚拟控制眼镜，所述虚拟控制眼镜包括具有多个以不同频率闪烁的功能选择区域的电子显示屏和用于确认眼睛注视方向的红外拍摄装置；

所述处理器根据所述红外拍摄装置的人眼图像信息确认用户注视的功能选择区域；所述处理器根据所述脑波采集器传输的脑波信号并计算出脑波信号的频率，并根据所述脑波信号的频率与所述功能选择区域的频率进行比对以通过所述动力机构控制所述轮椅本体进行移动。

优选地，所述处理器还用于记录用户注视所述功能选择区域是否达到预设的时间阈值，当满足注视时间达到预设的时间阈值时，所述处理器才开始计算用户注视的功能选择区域。

优选地，所述红外拍摄装置包括红外线发射器和微型相机，所述红外线发射器和微型相机朝向用户的瞳孔。

优选地，所述红外拍摄装置包括2个红外线发射器和2个微型相机，所述电子显示屏的左眼区设置有1个红外线发射器和1个微型相机，所述电子显示屏的右眼区设置有1个红外线发射器和1个微型相机。

在本申请的方案中，由于基于脑波控制的智能轮椅包括轮椅座、可伸缩地设置于轮椅座上的靠背以及可转动地设置于靠背上端的靠枕；在非脑控模式中，靠枕的正面面向用户，用户可以躺在轮椅上正常休息；当用户需要活动时，可以使智能轮椅进入脑控模式，比如只需触碰设置在扶手上的一个感应触扭，智能轮椅将自动进入脑控模式，具体为：控制靠枕旋转度使装有脑波控制机构的一面面向用户，然后靠背沿自身长度方向收缩将脑波控制机构戴到用户头上，用户可以通过脑波控制机构控制轮椅座的行走、转向、急停等机构。由此，本申请的基于脑波控制的智能轮椅即使残疾用户手脚都不方便也能够操控的智能轮椅，且残疾用户可自由切入或切出脑控模式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的基于脑波控制的智能轮椅的立体图；

图2为本发明实施例的基于脑波控制的智能轮椅的整体示意图；

图3为本发明实施例的基于脑波控制的智能轮椅的功能示意图；

图4为本发明实施例的基于脑波控制的智能轮椅的原理示意图；

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照附图1至附图3，本发明提供的一种基于脑波控制的智能轮椅包括轮椅座510、动力机构、可伸缩地设置于轮椅座510上的靠背520以及可转动地设置于靠背520上端的靠枕530；靠背520的伸缩方向与靠枕530的旋转轴线均平行于靠背530的长度方向；靠枕530的正面用于放置用户的头部，靠枕530的反面上安装有脑波控制机构200，处理器能够在用户选择进入脑控模式时通过所述动力机构旋转靠枕530并收缩靠背520时将脑波控制机构200佩戴于用户的头上，并基于用户的眼球运动和脑波控制轮椅座510的行走、转向、急停等机构。

在本申请的方案中，由于基于脑波控制的智能轮椅包括轮椅座510、可伸缩地设置于轮椅座510上的靠背520以及可转动地设置于靠背520上端的靠枕530；在非脑控模式中，靠枕530的正面面向用户，用户可以躺在轮椅上正常休息；当用户需要活动时，可以使智能轮椅进入脑控模式，比如只需触碰设置在扶手上的一个感应触扭，智能轮椅将自动进入脑控模式，具体为：控制靠枕530旋转180度使装有脑波控制机构200的一面面向用户，然后靠背520沿自身长度方向收缩将脑波控制机构200戴到用户头上，用户可以通过脑波控制机构200控制轮椅座510的行走、转向、急停等机构。由此，本申请的基于脑波控制的智能轮椅即使残疾用户手脚都不方便也能够操控的智能轮椅，且残疾用户可自由切入或切出脑控模式。

作为本发明的一个优选实施方案，靠背520通过滑槽机构可伸缩地设置于轮椅座510上，靠背520上还设置有齿条，轮椅座510上设置有用于驱动齿条的带齿轮的驱动电机。脑波控制机构200上还设置有头顶接触感应器，头顶接触感应器信号连接驱动电机。在智能轮椅进入脑控模式的过程中，驱动电机带动靠背520向靠近地面的一侧滑动直至脑波控制机构200中的头顶接触感应器与用户的头顶接触。此外，靠背520与轮椅座100通过齿轮齿条机构配合只是一种优选方式，通过滚珠丝杠、螺旋机构等驱动靠背520相对于轮椅座100做直线运动也是可以的。

进一步地，脑波控制机构200上设置有充气靠垫，轮椅座100设置有与充气靠垫连接的风机。当脑波采集器200上的头顶接触感应器与头顶接触时，风机给充气靠垫充气使脑波采集器200与头部充分接触。

优选地，靠背520上设置有伺服电机(图中不可见)，伺服电机的输出轴平行于靠背的长度方向，靠枕530固定于伺服电机的输出轴上。伺服电机的输出轴具有自动锁止功能，防止靠枕530非正常转动。

优选地，基于脑波控制的智能轮椅包括存储器，存储器用于记录用户的身高、面部轮廓等信息。智能轮椅还设置有触杆540，摇动触杆540能够让智能轮椅切入或切出脑控模式，在切入或脑控模式，系统读取存储器中的信息以使各机构更快地进入配合状态。

作为本发明的一个具体实施方案，处理器包括动力机构150、判断模块130以及确认模块140；动力机构150用于控制轮椅座的行走、转向、急停等机构；脑波控制机构200包括脑波采集器110和设置于脑波采集器110上的虚拟控制眼镜120，虚拟控制眼镜120包括具有多个以不同频率闪烁的功能选择区域的电子显示屏和用于确认眼睛注视方向的红外拍摄装置160；判断模块130能够获取红外拍摄装置160的图像信息以确认用户注视的功能区域；确认模块140能够获取脑波采集器110收集到的脑波信号并基于脑波信号中的事件相关电位成分信号计算出脑波频率与判断模块确认的功能区域的频率进行比对以指示所述动力机构150。

其中，需要说明的是，脑波采集器110是通过测量安装于用户111的头部的电极中的点位变化来检测脑波信号，本发明实施例中的脑波采集器110为头戴式，在安装于用户111的头部时，以其头部的规定位置相接触的方式将电极配置在脑波采集器110中，电机的配置有pz(头顶正中)、a1(耳朵)及用户的鼻根部。虚拟控制眼镜120则通过角膜反射法来测量眼球的运动，请参照附图4，由于虚拟控制眼镜120包括具有多个以不同频率闪烁的功能选择区域的电子显示屏和用于确认眼睛注视方向的红外拍摄装置160，红外拍摄装置160包括用于对眼球照射的近红外点光源、照相机以及判断模块130，判断模块130收集拍摄到的眼球的影像识别瞳孔及角膜表面，再检测光源在瞳孔及角膜表面的反射像的位置，通过预先存储的有表示反射像位置和眼球的旋转角度的关系的信息确定用户111注视的功能选择区域。优选地，判断模块130包括计时模块，计时模块用于计算用户注视功能区域是否达到预设的时间阈值。人类进行识别时的注视运动所需的时间大约为200至400毫秒，因此，可以将时间阈值设为400毫秒。在用户111达到时间阈值的情况下，判断模块130计算并确定用户111注视的功能选择区域。

优选地，虚拟控制眼镜120背离脑波控制机构200的一侧设置有紫外线阻挡层。虚拟控制眼镜120包括可视区域以及设置于可视区域周围的不可视区域，用户111通过可视区域观察外界，功能选择区域设置于不可视区域上。红外拍摄装置160包括红外线发射器和微型相机，红外线发射器和微型相机朝向用户的瞳孔。进一步地，红外拍摄装置包括2个红外线发射器和2个微型相机，电子显示屏的左眼区设置有1个红外线发射器和1个微型相机，电子显示屏的右眼区设置有1个红外线发射器和1个微型相机。。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。