轴上的旋转角速度数据，根据数据的正负极性判定头部动作的方向，再对旋转角速度进行数学积分，计算出头部动作在X、Y、Z三轴上的旋转角度，分别与X、Y、Z三轴上的角度阈值比较，比较结果用于判定动作是否有效及动作类别。
[0036]单向动作的判定条件是:
[0037]当Z轴旋转角速度ω ζ为正，且计算旋转角度Yaw大于角度阈值Yaw O时，控制模块210判定发生右转头动作。
[0038]当Z轴旋转角速度ω ζ为负，且计算旋转角度Yaw大于角度阈值Yaw O时，控制模块210判定发生左转头动作。
[0039]当X轴旋转角速度ωχ为正，且计算旋转角度Pitch大于角度阈值Pitch O时，控制模块210判定发生发生抬头动作。
[0040]当X轴旋转角速度ωχ为负，且计算旋转角度Pitch大于角度阈值Pitch O时，并在设定的时间TO内检测到X轴的旋转角速度ωχ由负转为正时，控制模块210判定发生点头动作。TO —般设定为I秒。
[0041]当Y轴旋转角速度coy为正，且计算旋转角度Roll大于角度阈值Roll O时，控制模块210判定发生右侧头动作。
[0042]当Y轴旋转角速度coy为负，且计算旋转角度Roll大于角度阈值Roll O时，控制模块210判定发生左侧头动作。
[0043]组合头部动作的判定条件是:
[0044]当控制模块210检测到在设定时间Tl内发生右转头与左转头两次以上的交替变化时，判定为发生摇头动作，Tl 一般设定为I秒。
[0045]在符合动作和思维习惯的前提下，装置预先定义各类头部动作的操作指令属性，以满足应用程序开发和人员对装置使用的需求。
[0046]本实施例定义相同的摇头动作分别作为启动和停止清醒振动刺激的指令动作；定义抬、点头分别为提升、降低振动强度的指令动作；定义右、左转头动作分别为提高、降低振动交替频率的指令动作；定义右、左侧头动作分别为向前、后更换振动模式的指令动作。
[0047]预先编制多个振动模式以子程序的形式存储于控制模块的存储器中，供程序调用。
[0048]图3为是本实用新型中头戴式清醒度维持装置的一个实施例的工作流程图，在按下电源开关101后，电源指示灯102亮，应用程序运行，控制模块210通过MEMS陀螺仪200监测人员摇头动作的发生。在未发生摇头动作的情况下，人员的其他各类头部动作均不触发装置的清醒振动刺激。
[0049]当控制模块210监测到摇头动作发生时，视为人员发出启动清醒刺激振动指令，随即按默认的振动模式，向振动模块220发出清醒刺激振动信号，使人员通过敏感的头部皮肤接受振动刺激。清醒振动刺激启动后，控制t吴块210维持振动刺激。
[0050]在施加清醒振动刺激的持续期间，当控制模块210监测到抬头动作发生时，现实情况为人员发出提高振动幅度的指令，控制模块210即通过程序提高清醒刺激振动信号的占空比，提升清醒刺激的振动强度；当控制模块210监测到点头动作发生时，现实情况为人员发出降低振动幅度的指令，控制模块210即通过程序降低清醒刺激振动信号的占空比，降低清醒刺激的振动强度。抬头、点头动作每发生一次，控制模块210调整一个档位的清醒刺激振动强度。
[0051]在施加清醒振动刺激的持续期间，当控制模块210监测到右转头动作发生时，现实情况为人员发出提升交替振动频率的指令，控制模块210即通过程序减少交替输出清醒刺激信号之间的时间间隔，提升交替振动频率，并向各扁平振动马达120发送；当控制模块210监测到左转头动作发生时，现实情况为人员发出降低交替振动频率的指令，控制模块210即通过程序增加交替输出清醒刺激信号之间的时间间隔，降低交替振动频率，并向各扁平振动马达120发送。右转头、左转头动作每发生一次，控制模块210调整一个档位的交替振动频率。
[0052]在施加清醒振动刺激的持续期间，当控制模块210监测到右侧头动作发生时，现实情况为人员发出向后更换振动模式的指令，控制模块210即暂停输出当前振动模式的清醒振动信号，按序号排列从存储器中调用后一个振动模式，通过程序输出对应的清醒振动信号；当控制模块210监测到左侧头动作发生时，现实情况为人员发出向前更换振动模式的指令，控制模块210即暂停输出当前振动模式的清醒振动信号，按序号排列从存储器中调用前一个振动模式，通过程序输出对应的清醒振动信号。
[0053]清醒振动刺激的持续时间在设定时间T2内可由人员自主控制。当控制模块210监测到摇头动作发生时，视为人员发出停止振动刺激的指令，随即停止向各扁平振动马达120发送刺激信号。
[0054]当清醒振动刺激启动后的计时到达设定时间T2时，控制模块210停止向各扁平振动马达120发送刺激信号，T2 一般取值为30-60秒。
【主权项】
1.头戴式清醒度维持装置，其特征是:所述头戴式清醒度维持装置为头戴式装置，由传感控制器和头戴式载体组成，传感控制器和头戴式载体通过机械固定和电气连结成为一体；所述传感控制器包括MEMS陀螺仪、控制模块、电源模块，MEMS陀螺仪的安装应保证其X、Y、Z三轴方向分别与人员头部的左右、前后和上下方向保持一致；所述头戴式载体包括振动模块及承载振动模块的可戴载体，振动模块包括不少于两只的振动元件，可戴载体的结构形状满足覆盖头脑轮廓并能稳定佩戴，各振动元件沿可戴载体的形状在其内部合理均匀布置，与头脑皮层通过柔性介质保持接触。2.根据权利要求1所述的头戴式清醒度维持装置，其特征是:所述头戴式清醒度维持装置的控制模块读取MEMS陀螺仪所采集的三轴旋转角速度数据，识别头部动作的运动轴和方向，并根据积分计算所得X、Y、Z三轴的运动角度与角度阈值的比较结果，判定单向头部动作的类别，包括抬头、点头、右转头、左转头、右侧头与左侧头；通过监测动作组合中各单向头部动作的完成顺序，及完成动作组合的总时间，分别与设定的动作组合和时间比较，判定组合头部动作的类别，包括摇头。3.根据权利要求1所述的头戴式清醒度维持装置，其特征是:采用组合头部动作作为启动和停止振动的指令；已定义为启动振动指令属性的组合头部动作发生一次时，控制模块启动清醒振动刺激并维持振动；已定义为停止振动指令属性的组合头部动作发生一次时，控制模块停止清醒振动刺激；在清醒振动刺激启动后的计时到达设定时间时，控制模块停止清醒振动刺激。4.根据权利要求1所述的头戴式清醒度维持装置，其特征是:控制模块以多种振动模式对振动模块的各振动元件实施有序的振动控制，所述振动模式为控制模块按照各振动元件的空间位置，以一定的振动排列顺序，通过控制模块微处理器多个I/O端口，以I/O端口与振动元件--对应的方式，向各振动元件输出在时域上组合了交替与同步的清醒刺激振动信号；所述振动模式以子程序的形式存储于控制模块的存储器中，供程序调用。5.根据权利要求1所述的头戴式清醒度维持装置，其特征是:控制模块通过改变清醒刺激振动信号占空比，调整清醒刺激振动的强度；控制模块通过改变清醒刺激信号在各振动元件间交替输出的时间间隔，调整清醒刺激振动的交替振动频率。6.根据权利要求1所述的头戴式清醒度维持装置，其特征是:在清醒振动刺激启动后，以一对方向相反并已定义为调整振动强度指令属性的单向头部动作调整振动强度；单向头部动作每发生一次，控制模块调整一个档位的振动强度；一对方向相反的单向头部动作分别控制振动强度调整的高低两个方向。7.根据权利要求1所述的头戴式清醒度维持装置，其特征是:在清醒振动刺激启动后，以一对方向相反并已定义为调整交替振动频率指令属性的单向头部动作调整振动模块各振动元件之间的交替振动频率；单向头部动作每发生一次，控制模块调整一个档位的交替振动频率；一对方向相反的单向头部动作分别控制振动模块各振动元件之间的交替振动频率调整的高低两个方向。8.根据权利要求1所述的头戴式清醒度维持装置，其特征是:在清醒刺激启动后，以一对方向相反并已定义为更换振动模式指令属性的单向头部动作更换振动模式；单向头部动作每发生一次，控制模块更换一种振动模式；一对方向相反的单向头部动作分别控制更换振动模式序号排列的前后两个方向。
【专利摘要】本实用新型公开了头戴式清醒度维持装置，所述头戴式清醒度维持装置为头戴式装置，由传感控制器和套在头部的头戴式载体组成，通过机械固定和电气连结成为一体；所述传感控制器包括MEMS陀螺仪、控制模块、电源模块，所述头戴式载体包括振动模块及承载振动模块的可戴载体；所述MEMS陀螺仪对三轴角速度信号进行实时数据采集和数据处理；所述控制模块计算和识别人员头部动作的类别，并执行与头部动作对应的指令操作；所述振动模块向人员提供清醒振动刺激。本实用新型装置可实现方便及时的清醒振动刺激，且振动模式可选，振动强度、交替振动频率可调，刺激效果显著持续，有利于维持人员良好的清醒度。
【IPC分类】A61H23/02, A61M21/00
【公开号】CN204814759
【申请号】CN201320553574
【发明人】陈火
【申请人】陈火
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2013年9月8日