一种自闭症儿童空间感知能力训练装置及训练方法与流程

本发明属于心理学辅导技术领域，涉及一种自闭症儿童空间感知能力训练装置，还涉及上述空间感知能力的训练方法。

背景技术：

自闭症又称为孤独性障碍，是广泛性发育障碍代表性疾病，主要特征是漠视情感、拒绝交流、语言发育迟滞、行为重复刻板以及活动兴趣范围的显著局限性等。空间感知能力是指在大脑中形成一个外部空间世界的模式并能够运用和操作这些模式的能力，使患者有能力以三度空间的方式来思考，知觉到外在和内在的影像，也能重现、转变或修饰影像。空间感知能力从狭义上讲是指人对空间方位的感知能力，广义上还包括视觉辨别能力、形象思维能力，所谓空间感知是倾向于形象思维的智能，具有准确感觉视觉空间，并且能把所知觉到的形象表现出来的能力。

感觉统合训练是由美国南加州大学艾尔丝博士于20世纪70年代提出，最初用来治疗学习障碍儿童和多动症儿童。80年代将这一理论应用到自闭儿童的认识和分析中去，他们认为，自闭症儿童对视觉、听觉、触觉、本体觉和前庭觉等五个方面的感觉刺激过分敏感，所以才出现在社会交往、沟通能力和适应性行为等方面的问题。感觉统合训练可以改善儿童的运动技能及运动的协调组织能力,对儿童的空间意识、粗大动作、精细动作及双侧协调能力均有促进作用,它通过调整大肌肉运动和小肌肉运动的协调能力，达到手、眼、脑的协调运动,从而改善儿童的统合功能。

由于自闭症儿童在感知和认识方面存在一定障碍，体现在知觉和空间意识比较差，在运动知觉、跨通道知觉和复杂的视—空间知觉上存在严重障碍，其中视空知觉障碍最严重。伴随在整个运动之中，患儿运动协调能力差的主要原因是感觉缺失、信息处理过程缺失及动作控制缺失，随着儿童年龄的不断增长，自闭症患儿的工作协调能力会有所提高，但是由于受到生活环境和习惯的影响，一些不良动作和刻板性动作就会延续，难以有效改善。因此，提高自闭症儿童运动兴趣、鼓励引导他们参与运动活动是促进自闭症儿童空间感知能力发展的重要方式。目前自闭症儿童的康复训练主要依靠康复师的主观判断,康复标准缺失的问题，且传统行为训练方法训练人员往往需要承担引导训练、安排流程、提供反馈、记录数据大量工作，训练人员工作量大，训练结果的准确性低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自闭症儿童空间感知能力训练装置，解决了现有的训练方法训练人员工作量大，训练结果的准确性低、训练效果差的问题。

本发明的另一目的是提供上述一种自闭症儿童空间感知能力的训练方法。

本发明所采用的技术方案是，一种自闭症儿童空间感知能力训练装置，包括复合按键模块和信息显示模块。

复合按键模块包含若干复合按钮，每个复合按钮内部电连接控制电路板a，控制电路板a电连接电源、蓝牙模块a、触摸传感器、按键开关、指示灯带；控制电路板a内置单片机，接收处理触摸传感器传递的触摸信号和按键开关信号，并将信号通过蓝牙模块a传递至信息显示模块；电源为复合按键模块的电路系统提供工作电源。

本发明的特点还在于：

信息显示模块内部设置控制电路板b，控制电路板b电连接电源、数据存储模块、蓝牙模块b、移动网络模块、显示装置上设置显示屏、摄像头和扬声器以及按键a、按键b、按键c；控制电路板b内置单片机，通过蓝牙模块b接收复合按钮所传递的多组信息，计算处理在指定时间内是否有复合按钮发出的按键开关闭合信号；数据存储模块用于人机界面系统的系统程序、应用程序以及用户数据信息存储，应用程序中的音乐信息和语音信息，通过扬声器输出；移动网络模块用于连接互联网,实现显示装置中程序和系统的更新，升级；通过移动网络模块与移动终端联通，将训练结果数据信息发送至移动终端。

蓝牙模块a用于将单片机中生成并存储的多组数据进行无线传输给信息显示模块中的蓝牙模块b，实现复合按键模块和信息显示模块连通。复合按键模块和信息显示模块配置好相应通信驱动后，进行实时通讯，处理各自获取数据，在显示屏显示出数据。

复合按钮包括金属帽，金属帽上设置触摸传感器，金属帽底部固定连接支杆，支杆为圆柱状，支杆内部设置通孔，支杆底面设置片状极板，支杆上套接弹簧，支杆下方卡接壳体，弹簧位于壳体上表面，极板设置在壳体内部，壳体底部连接磁铁，磁铁上设置接控制电路板a，金属帽底部焊接引线，引线通过通孔穿过极板后插接控制电路板a，接控制电路板a上与极板对应位置设置两个金属触头，壳体外侧环绕设置指示灯带，指示灯带位于磁铁上端，指示灯带连接控制电路板a复合按钮电路包括开关电路单元和触摸电路单元。

开关电路单元包括串联在电源和地之间的按键开关k1、分压电阻r2和r3。

触摸电路单元包括单片机、ic555、c1电容、vd1整流二极管、led1及外围器件，ic555包括电源端、触发端和输出端，vd1整流二极管反向接在ic555电源端和触发端，电容c1一端导线与金属帽联接，电容c1另一端接在ic555触发端上，led1对应指示灯带。

ic555采用单稳工作模式，平时ic555处于单稳态模式，输出端位低电平，led1为熄灭状态；当人手或其他导体接触金属帽时，人体的感应信号经电容c1至ic555的触发端，触发处于单稳态的ic555置位，使得ic555的第3脚输出高电平，驱动led1点亮，指示灯带点亮，同时输出高电平至单片机的第二路i/o端。

移动终端为手机或平板电脑。

金属帽(21)上的按压模块为圆球形，圆球形上面通过激光雕刻有各种动物或水果图案，若干复合按钮任意组合成球形组合游戏。

本发明所采用的另一技术方案是，一种自闭症儿童空间感知能力的训练方法，使用上述自闭症儿童空间感知能力训练装置，具体包括以下步骤：

步骤1、系统准备，使用电源给空间感知能力训练装置供电，启动空间感知能力训练装置；

步骤2、信息显示模块中的摄像头获取受训者面部信息，并与数据存储模块中的受训者信息数据库进行配对识别，将受训者基本信息、上次训练结果和训练发展走势图以及有关信息传输到显示屏的屏幕上；

步骤3、指导人员根据数据步骤2中的受训者信息选择本次训练等级；

步骤4.控制电路板b读取步骤3中选定的训练等级按键信号，从数据存储模块中调取相应音乐和语音程序，发出的特定灯光、音乐及语音指令；并通过蓝牙模块b将训练等级信号发送至蓝牙模块a中的复合按钮，复合按钮中的指示灯带根据所接收的信号发出特定的灯光：

步骤5、受训者根据本次训练所选级别模式下发出的特定灯光、音乐及语音指令，按照指令用手或脚按压对应的复合按钮；一旦儿童用手通过复合按钮上的金属帽21按动了按键开关，则会在电路中同时感应触摸信号和开关信号，两路感应信号同时传送至控制电路板a上的单片机进行识别，据此可进行判断；而通过穿袜子的脚按动开关时，只感应出开关信号，没有触摸信号，据此来判断是否按动了按键以及是用手还是用穿袜子的脚按动的开关；此外，指示灯带根据按压操作的正确或错误改变灯光颜色，进行实时提示和反馈；

步骤6、控制电路板b中的单片机读取并处理步骤5传输的信号，计算处理在指定时间内是否有复合按钮发出的按键开关闭合信号，最终通过显示屏进行数据反馈：包括本次训练中受训者对语音指令的反应速度、总按压次数、成功完成的按压次数、未成功完成的按压次数和正确率的数据显示；其中，c级高级模式的数据反馈，还包括分别对手部操作和脚部操作的成功或未成功完成按压次数、以及正确率的统计；当操作正确率大于设定的分数阈值时，表示该等级训练完毕，进入下一等级训练程序，否则将继续重复本级别的训练。

本发明的特点还在于：

步骤4的训练等级按照难易程度分为abc三个阶段对应按键a、按键b、按键c，确定目标技能为辨别空间定位、理解空间方位概念及分析空间关系：

a阶段主要使患儿初步建立物品与空间之间的定位关系，训练他们依靠视觉、听觉和触觉辨别空间方位；a阶段设置一个复合按钮，视觉和听觉信号反复发出，以每10秒的间隔方式重复5次，同时播放多种鼓励性语音指令，患儿可在5次间隔反复时做出选择；

b阶段主要训练患儿建空间方位概念(上下、左右、前后)；b阶段设置2～3个复合按钮，视觉和听觉信号反复发出，以每20秒的间隔方式重复3次，同时播放一种鼓励性语音指令，要求患儿用双手在3次间隔反复内做出正确按压操作，两个操作按键会交替进行；

c阶段主要训练患儿对空间关系的分析能力；c阶段设置4～6个复合按钮，视觉和听觉信号反复发出，以每30秒间隔的方式重复2次，同时播放普通语音指令，要求患儿分别用手、脚在在2次间隔反复内做出正确按压操作，上下左右多个多个复合按钮交替进行。

本发明的有益效果是：一种自闭症儿童空间感知能力训练装置，复合按键模块实现了训练者手、脚操作的精准识别，使整个训练过程更规范化、全面化和科学化。信息显示模块将训练者的训练成果进行实时反馈，数据的实时可视能够辅助康复师更加快速全面准确的收集每位患儿的发展表现数据，从而更加科学的评估自闭症儿童在空间感和肢体配合方面的训练情况，不仅有效保障了训练结果的准确性，更大大减少了教师或监护人员的工作量。

附图说明

图1是本发明一种自闭症儿童空间感知能力训练装置模块结构示意图；

图2是本发明一种自闭症儿童空间感知能力训练装置中复合按键模块的复合按钮结构示意图；

图3是本发明一种自闭症儿童空间感知能力训练装置中复合按键模块的复合按钮工作电路原理图；

图4是本发明一种自闭症儿童空间感知能力训练装置中信息显示模块结构示意图；

图5是本发明一种自闭症儿童空间感知能力训练装置的一种实施例应用状态图；

图6是本发明一种自闭症儿童空间感知能力训练装置的训练流程图。

图中21.金属帽，22.支杆，23.弹簧，24.壳体，25.控制电路板a，26.磁铁，27.金属触头，28.引线，29.通孔，30.极板，31.指示灯带。

具体实施方式

本发明一种自闭症儿童自闭症儿童空间感知能力训练装置的结构，如图1所示，包括复合按键模块和信息显示模块。

复合按键模块包含若干复合按钮，每个复合按钮内部电连接控制电路板a25，控制电路板a25电连接电源、蓝牙模块a、触摸传感器、按键开关、指示灯带；控制电路板a25内置单片机，接收处理触摸传感器传递的触摸信号和按键开关信号，并将信号通过蓝牙模块a传递至信息显示模块；电源为复合按键模块的电路系统提供工作电源。

信息显示模块内部设置控制电路板b，控制电路板b电连接电源、数据存储模块、蓝牙模块b、移动网络模块、显示装置上设置显示屏、摄像头和扬声器以及按键a、按键b、按键c。控制电路板b内置单片机，通过蓝牙模块b接收复合按键模块中蓝牙模块a所传递的多组信息，计算处理在指定时间内是否有复合按钮发出的按键开关闭合信号；数据存储模块用于人机界面系统的系统程序、应用程序以及用户数据信息存储，应用程序中的音乐信息和语音信息，通过扬声器输出；移动网络模块用于连接互联网,实现显示装置中程序和系统的更新，升级；通过移动网络模块与移动终端联通，将训练结果数据信息发送至移动终端。移动终端为手机或平板电脑。

蓝牙模块a用于将控制电路板a25的单片机中生成并存储的多组数据进行无线传输给信息显示模块中的蓝牙模块b，实现复合按键模块和信息显示模块连通。复合按键模块和信息显示模块配置好相应通信驱动后，进行实时通讯，处理各自获取数据，在显示屏显示出数据。

复合按键模块中的复合按钮结构，如图2所示，包括金属帽21，金属帽21上设置触摸传感器，金属帽21底部固定连接支杆22，便于更换。支杆22为圆柱状，支杆22内部设置通孔29，支杆22底面设置片状极板30，支杆22上套接弹簧23，支杆22下方卡接壳体24，弹簧23位于壳体24上表面，极板30设置在壳体24内部，壳体24底部连接磁铁26，磁铁26上设置接控制电路板a25，金属帽21底部焊接引线28，引线28通过通孔29穿过极板30后插接控制电路板a25，接控制电路板a25上与极板30对应位置设置两个金属触头27，壳体24外侧环绕设置指示灯带31，指示灯带31位于磁铁26上端，指示灯带31连接控制电路板a25；将信号通过指示灯带31实现可视化，可根据操作者不同的按压方式而输出对应的压力信号和时间信号；通过复合按钮实现判断是否按动按键开关；通过受训者脚部穿有袜子，触摸金属帽21判断是用手还是用脚触动。

金属帽21上的按压模块为圆球形，圆球形上面通过激光雕刻有各种动物或水果图案，若干复合按钮任意组合成球形组合游戏，球形组合游戏对于改善自闭症儿童的空间感知能力有着十分显著的效果以及积极的意义。约75％的自闭症儿童会表现出狭窄的兴趣和行为，对圆形或旋转的物品特别感兴趣，不喜欢过于复杂的形态和操作方式，并且可以进行组合，较在平面上操作来说让患儿可以感受到触觉上的变化，感受更加真实、操作更加简单。

当指示灯带31发出的信号时，按动金属帽21时，弹簧23压缩，使得极板30触碰两个金属触头27，复合按钮开关通过金属触头27和极板30实现，给出开关信号，表明儿童按动了按钮开关；同时金属帽21又充当触摸开关的触摸金属帽21，类似于走廊的触碰开关，只要用手或其他部位皮肤接触，引起金属帽21的电阻或电容变化，则有信号反应；相反用穿袜子的脚接触，则金属帽21的电阻或电容不变化，则没有反应。这样以来，一旦儿童用手通过金属帽21按动了按键开关，则会在电路中同时感应触摸信号和开关信号，两路感应信号同时传送至控制电路板a25上的单片机进行识别；而通过穿袜子的脚按动开关时，只感应出开关信号，没有触摸信号，据此来判断是否按动了按键以及是用手还是用穿袜子的脚按动的开关。

复合按钮的工作电路原理图，如图3所示，复合按钮电路包括开关电路单元和触摸电路单元；

开关电路单元包括串联在电源和地之间的按键开关k1、分压电阻r2和r3，当按下金属帽21时，两只金属触头27接触极板30，k1导通，在单片机第一路i/o端产生高电平信号，单片机接收到此信号后，表示按动了按键开关。

触摸电路单元包括单片机、ic555、c1电容、vd1整流二极管、led1及外围器件，ic555通过引脚连接电源端、触发端2和输出端3，其中vd1整流二极管反向接在ic555的电源端和触发端2，电容c1的一端通过导线28与金属帽21联接，另一端接在ic555的触发端2上，led1即为图2中对应的指示灯带31。采用的原理是ic555的单稳工作模式，此电路常规的触碰开关电路，此电路常用于楼道上的灯光触碰开关中。平时ic555处于单稳态模式，输出端3位低电平，led1为熄灭状态；当人手或其他导体接触金属帽21时，人体的感应信号经电容c1至ic555的触发端2，触发处于单稳态的ic555置位，使得ic555的第3脚输出高电平，驱动led1点亮，即指示指示灯带31点亮，同时输出高电平至单片机的第二路i/o端，表示有手或其他导体接触到了金属帽21。

状态1：没有按动按键开关，则单片机接收不到高电平信号；

状态2：当用手按动按键，手接触到了金属帽的同时也按动了开关k1，则单片机同时接收到两路高电平信号；

状态3：使用时脚必须穿袜子；如果用穿袜子的脚按动的按键，此时只是开关k1产生闭合，单片机只接收到一路高电平信号。

故此电路同时实现了没按开关、手按开关和脚碰开关的三种状态识别，还点亮了指示灯带31。

本发明的复合按钮采用电池供电和蓝牙传送开关信号，方便在磁性贴纸上移动位置，避免训练患儿的暂存记忆。

本实施例中的信息显示模块，如图4所示，首先创建用户档案，通过摄像头对训练者面部信息采集，并将用户信息录入保存到数据存储模块的受训者信息数据库中；

使用时通过摄像头对训练者面部信息采集，并与数据存储模块中的受训者信息数据库进行匹配识别，通过人脸识别模块，调取相应受训儿童个人基本信息传输至显示屏；训练人员根据用户不同情况选择训练模式，训练模式选择通过按键a、按键b、按键c实现。

控制电路板b中的单片机根据所选择的训练模式从数据存储模块中调用相关控制程序，通过扬声器进行相应音乐和语音程序的输出播放，并将程序指令通过蓝牙模块b实时通讯给蓝牙模块a，蓝牙模块a连接控制电路板a，控制电路板a内置的单片机对程序指令作出响应；

蓝牙模块b可持续的获取复合按键模块最新生成的多组数据信息，传输至信息显示模块，生成训练评估报告，并通过显示屏进行实时数据反馈，包括训练者对语音指令的反应速度、总共按压次数、成功完成按压次数、未成功完成按压次数、正确率和训练成果走势图，移动网络模块将训练结果数据信息发送至移动终端，并通过wifi对训练者信息数据库进行实时更新；

本发明一种自闭症儿童空间感知能力训练装置一种实施例结构，如图5所示，复合按键模块和信息显示模块通过磁性贴纸设置在墙体上，复合按键模块共有六个复合按钮，每个复合按钮包括用于识别手脚触摸位置的金属帽21，指示灯带31为环形指示灯条，不同复合按钮对应的指示灯带31的显示颜色不同。不同训练阶段复合按钮数量不一，当复合按钮数量为1个时，只需要一只手进行操作；当复合按钮数量为2～3个时，需要两只手交替进行操作；当复合按钮数量为4～6个时,在手部可接触到位置设有两到三个，在脚步可接触位置设有两到三个，四肢交替进行选择。

本发明一种自闭症儿童空间感知能力的训练方法，使用上述自闭症儿童空间感知能力训练装置，其流程图，如图6所示，包括以下步骤：

步骤1、系统准备，使用电源给空间感知能力训练装置供电，启动空间感知能力训练装置；

步骤2、信息显示模块中的摄像头获取受训者面部信息，并与数据存储模块中的受训者信息数据库进行配对识别，将受训者基本信息、上次训练结果和训练发展走势图以及有关信息传输到显示屏的屏幕上；

步骤3、指导人员根据数据步骤2中的受训者信息选择本次训练等级；

步骤4、控制电路板b读取步骤3中选定的训练等级按键信号，从数据存储模块中调取相应音乐和语音程序，发出的特定灯光、音乐及语音指令；并通过蓝牙模块b将训练等级信号发送至蓝牙模块a中的复合按钮，复合按钮中的指示灯带根据所接收的信号发出特定的灯光：

训练等级按照难易程度分为abc三个阶段，分别对应按键a、按键b、按键c，确定目标技能为辨别空间定位、理解空间方位概念及分析空间关系：

a阶段主要使患儿初步建立物品与空间之间的定位关系，训练他们依靠视觉、听觉和触觉辨别空间方位；a阶段设置一个复合按钮，视觉和听觉信号反复发出，以每10秒的间隔方式重复5次，同时播放多种鼓励性语音指令，患儿可在5次间隔反复时做出选择；

b阶段主要训练患儿建空间方位概念(上下、左右、前后)；b阶段设置2～3个复合按钮，视觉和听觉信号反复发出，以每20秒的间隔方式重复3次，同时播放一种鼓励性语音指令，要求患儿用双手在3次间隔反复内做出正确按压操作，两个操作按键会交替进行；

c阶段主要训练患儿对空间关系的分析能力；c阶段设置4～6个复合按钮，视觉和听觉信号反复发出，以每30秒间隔的方式重复2次，同时播放普通语音指令，要求患儿分别用手、脚在在2次间隔反复内做出正确按压操作，上下左右多个多个复合按钮交替进行；

步骤5、受训者根据本次训练所选级别模式下发出的特定灯光、音乐及语音指令，按照指令用手或脚按压对应的复合按钮。一旦儿童用手通过复合按钮上的金属帽21按动了按键开关，则会在电路中同时感应触摸信号和开关信号，两路感应信号同时传送至控制电路板a上的单片机进行识别，据此可进行判断；而通过穿袜子的脚按动开关时，只感应出开关信号，没有触摸信号，据此来判断是否按动了按键以及是用手还是用穿袜子的脚按动的开关；此外，指示灯带31根据按压操作的正确或错误改变灯光颜色，进行实时提示和反馈；

步骤6、控制电路板b中的单片机读取并处理步骤5传输的信号，计算处理在指定时间内是否有复合按钮发出的按键开关闭合信号，最终通过显示屏进行数据反馈：包括本次训练中受训者对语音指令的反应速度、总按压次数、成功完成的按压次数、未成功完成的按压次数和正确率的数据显示。其中，c级高级模式的数据反馈，还包括分别对手部操作和脚部操作的成功或未成功完成按压次数、以及正确率的统计；当操作正确率大于设定的分数阈值时，表示该等级训练完毕，进入下一等级训练程序，否则将继续重复本级别的训练。

本发明一种空间感知能力训练装置的训练方法，其工作原理如下：一种空间感知能力训练装置包括电源、面部识别、训练系统(听觉信号、视觉信号、触觉信号)和数据实时输出反馈于一体的一套完备的训练装置。

具体包括训练单元和评估单元，训练单元特征在于将训练过程分解成多个级别模式，整体设计按照“中国残疾人联合会康复部”制定的《自闭症儿童发展评估表》中的对空间智能方面考核标准，评估单元特征在于实现了评估结果的可视化，将传统的定性分析转化为定量分析。如图5所示。当选择不同级别模式的按键a、按键b、按键c设计的内容进行操作训练时，复合按钮将对受训者的操作信息进行实时记录和处理，并将多种数据信息传输至终端的电子显示屏上，最终生成评估报告，实现对训练效果的多维度的数字化反馈。训练效果数据反馈包括：对语音指令的反应速度、总共按压次数、成功完成按压次数、未成功完成按压次数、正确率、以及训练成果走势图。该训练方法将学习训练和评估为一体，为自闭症患者提供了更便捷、更科学的服务。