适用于残疾人的电脑控制设备的制作方法

本发明涉及电子设备领域，尤其涉及一种适用于残疾人的电脑控制设备。

背景技术：

手臂不健全的残疾人，例如，手部或前臂缺失的残疾人，因其无法像正常人那样用手操作各种工具，在日常生活中会遇到各种困难。

对于这类残疾人，现有的一些方案提出利用图像识别的方式解析残疾人的意图，例如，当残疾人想对电脑进行操控时，设置于该残疾人周边的图像采集设备对残疾人的手臂(即该残疾人的剩余手臂)做出的动作进行采集，并将采集到的图像信息发送至处理器，由处理器判断该残疾人的操作意图，并将该意图发送至电脑，进而实现对电脑的控制。

此类应用于残疾人的电脑控制设备体积较大，结构复杂，价格昂贵，识别率和响应速度不佳，并且该电脑控制设备的使用场景受限，电脑控制设备必须固定设置于该残疾人和电脑周边，难以满足设备的轻便化、移动化、场景多样化的需求。

技术实现要素：

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出了一种适用于残疾人的电脑控制设备，包括：

肌电信号采集设备，佩戴于残疾人的手臂上，用于采集所述残疾人手臂摆动时产生的肌电信号；

陀螺仪，用于采集所述手臂的姿态信息；

处理器，电连接所述肌电信号采集设备和所述陀螺仪，用于根据所述肌电信号和所述姿态信息生成相应的控制指令，所述控制指令通过通信装置发送至电脑以实现对所述电脑的控制。

在本发明的一种实施方式中，所述陀螺仪为九轴陀螺仪。

在本发明的一种实施方式中，所述处理器包括：

第一处理模块，用于处理所述姿态信息以获取所述手臂的转动角度；

第二处理模块，用于根据所述转动角度和位移匹配表生成控制指令以实现对所述电脑的控制；

其中，所述位移匹配表存储于所述电脑控制设备的存储模块中，用于指示所述转动角度与电脑鼠标之间的位移匹配关系。

在本发明的一种实施方式中，所述处理器还包括第三处理模块，用于处理所述肌电信号以判断所述肌电信号的显著度；

若所述肌电信号的显著度低于阈值，则所述第三处理模块将所述肌电信号视为无效肌电信号。

在本发明的一种实施方式中，所述处理器还包括第四处理模块，用于处理所述肌电信号以判断所述肌电信号是否为干扰信号。

在本发明的一种实施方式中，所述第四处理模块具体包括：

设定单元，用于设定时间段、持续度门限和强度门限；

捕获单元，用于捕获所述时间段内的尖峰信号；

判定单元，用于判断所述尖峰信号的持续度和强度。

在本发明的一种实施方式中，所述判定单元具体用于：

若所述尖峰信号在所述时间段内的持续度高于持续度门限，则判断所述肌电信号不是干扰信号；

若所述尖峰信号在所述时间段内的持续度不高于持续度门限，则进一步判断所述尖峰信号的强度值：

若所述尖峰信号的强度值低于所述强度门限，则判断所述肌电信号不是干扰信号；否则，判断所述肌电信号是干扰信号，并将所述干扰信号进行剔除。

在本发明的一种实施方式中，所述持续度门限为200ms，所述强度门限为300μv。

在本发明的一种实施方式中，还包括预处理模块，用于建立所述肌电信号与所述电脑鼠标的操作指令之间的模型，其中，所述电脑鼠标的操作指令包括单击、双击、右击、拖拽以及向特定方向移动。

在本发明的一种实施方式中，所述预处理模块具体用于：

多次采集所述残疾人手臂摆动所产生的肌电信号，并剔除所述肌电信号中显著度低于阈值的肌电信号，其中，所述残疾人的手臂摆动动作与所述电脑鼠标的特定操作指令相匹配，以获取与所述特定操作指令相匹配的多个肌电信号；

将所述残疾人的多次手臂摆动进行训练，以形成所述残疾人的手臂摆动行为与所述电脑鼠标的特定操作指令之间的模型。

本发明实施例提供的适用于残疾人的电脑控制设备，在使用过程中不受场景限制，设备轻便，移动方便，识别准确率高，响应速度快。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅试图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种适用于残疾人的电脑控制设备示意图；

图2-图5为本发明实施例提供的残疾人在其意识控制下的手臂进行摆动的示意图；

图6为本发明实施例提供的残疾人在其意识中做出握拳动作的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种处理器的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种第四单元模块结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种判定单元工作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一

请参考图1，如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种适用于残疾人的电脑控制设备示意图，该设备包括：

肌电信号采集设备，佩戴于残疾人的手臂上，用于采集所述残疾人手臂摆动时产生的肌电信号；

陀螺仪，用于采集所述手臂的姿态信息；

处理器，电连接所述肌电信号采集设备和所述陀螺仪，用于根据所述肌电信号和所述姿态信息生成相应的控制指令，所述控制指令通过通信装置发送至电脑以实现对所述电脑的控制。

优选地，在本实施例中，所述肌电信号采集设备用于采集所述残疾人在其意识控制下的手臂摆动时产生的肌电信号，即，所述肌电信号采集设备在采集肌电信号时，该残疾人需在意识中对其手臂做出动作有强烈的意愿。通过经过试验表明，对于肢体有缺陷的残疾人，例如，前臂缺失或者大臂部分缺失的残疾人在其意识中有强烈手臂摆动的意愿时，采集到其肌电信号的质量明显较高，很接近正常人手臂摆动时的信号。请参考图2-图5，图2-图5为本发明实施例提供的残疾人在其意识控制下的手臂进行摆动的示意图。

经过反复实验可知：残疾人将肌电信号采集设备佩戴于其手臂上，其意识中分别做出握拳、手掌外摆、手掌内摆等动作，尽管其手掌缺失，但采集到的肌电信号有明显差异，通过分析肌电信号的差异性，可以分析出该残疾人的操作意愿。请参考图6，图6为本发明实施例提供的残疾人在其意识中做出握拳动作的示意图。因此，在本实施方式中，所述肌电信号采集设备具体用于采集所述残疾人在其意识控制下的手臂摆动，以及在其意识下缺失的手掌做出握拳、手掌摆动时产生的肌电信号，以及在其意识下缺失的手掌做出握拳、手掌摆动的同时手臂进行摆动所产生的肌电信号。

进一步地，在上述实施方式的基础上，所述陀螺仪为九轴陀螺仪。九轴陀螺仪对特定方向的漂移效应有很好的优化，很适合对残疾人手臂姿态进行监测。

进一步地，在上述实施方式的基础上，所述处理器包括：

第一处理模块，用于处理所述姿态信息以获取所述手臂的转动角度；

第二处理模块，用于根据所述转动角度和位移匹配表生成控制指令以实现对所述电脑的控制；

其中，所述位移匹配表存储于所述电脑控制设备的存储模块中，用于指示所述转动角度与电脑鼠标之间的位移匹配关系。

在一种实施方式中，所述姿态信息包括四元数数据，相应地，所述第一处理模块具体用于处理所述四元数数据，将该四元数数据转换成欧拉角，进而获取手臂的转动角度。

在一种实施方式中，位移匹配表具体用于指示所述转动角度与鼠标位置移动尺度的关系。例如，转动角度为沿着特定方位转动了1°，则鼠标的移动方式为沿着指定方向移动了20mm。

进一步地，在上述实施方式的基础上，所述处理器还包括第三处理模块，用于处理所述肌电信号以判断所述肌电信号的显著度；

若所述肌电信号的显著度低于阈值，则所述第三处理模块将所述肌电信号视为无效肌电信号，并引导所述残疾人再次摆动手臂直到所述肌电信号的显著度高于阈值。

本实施例中，可通过预先采集该残疾人做出指定动作时的肌电信号，得到针对该残疾人的肌电信号模型。若肌电信号采集设备采集到的信号与所述肌电信号模型的差异度很小，则该信号的显著度较高，即该信号“并非干扰信号而是该残疾人做出指定动作时产生的肌电信号”的可能性很高。采用本方案可有效地将干扰信号等无效肌电信号剔除，有利于提高肌电信号的识别准确度。

在本实施方式中的第三处理模块可以肌电信号的有效性进行判断。对于残疾人无意识地摆动手臂，或者手臂摆动不到位而产生的肌电信号，第三处理模块通过将该肌电信号和阈值进行比较而识别出，并被视为无效肌电信号。

试验表明，日常生活中的工频干扰，各种电磁信号干扰等，都有可能使电脑控制设备产生误判断，将干扰信号误判成肌电信号。因此，进一步地，在上述实施方式的基础上：

所述处理器还包括第四处理模块，用于处理所述肌电信号以判断所述肌电信号是否为干扰信号。这里的干扰信号为残疾人特有的肌肉不自主收缩而产生的肌电干扰信号。这种干扰属于残疾人特有，在一般的肌电信号研究中不被人关注。经过针对残疾人的反复测试，可以发现这种干扰信号的存在。通过大量捕获和建模分析，可以对这种干扰信号有较好的识别度。请参考图7，图7为本发明实施例提供的一种处理器的结构示意图。

在其中一种实施方式中，请参考图8，图8为本发明实施例提供的一种第四单元模块结构示意图。所述第四处理模块具体包括：

设定单元，用于设定时间段、持续度门限和强度门限；

捕获单元，用于捕获所述时间段内的尖峰信号；

判定单元，用于判断所述尖峰信号的持续度和强度。

经过反复试验可知，干扰信号在特定时间段内尖峰信号的持续度和强度和正常的肌电信号有一定的差异。

具体地，请参见图9，图9为本发明实施例提供的一种判定单元工作流程示意图。所述判定单元具体用于：

若所述尖峰信号在所述时间段内的持续度高于持续度门限，则判断所述肌电信号不是干扰信号；

若所述尖峰信号在所述时间段内的持续度不高于持续度门限，则进一步判断所述尖峰信号的强度值：

若所述尖峰信号的强度值低于所述强度门限，则判断所述肌电信号不是干扰信号；否则，判断所述肌电信号是干扰信号，并将所述干扰信号进行剔除。

在一种实施方式中，所述持续度门限为200ms，所述强度门限为300μv。经过大量试验可知，针对手臂不健全的残疾人，其肌电信号与正常人的肌电信号有一定的差异，而采用本实施方式中的持续度门限(200ms)和强度门限(300μv)，可以有效地将干扰信号和该残疾人的肌电信号进行区分。值得指出的是，采用本实施方式中的持续度门限和强度门限非常适用于手臂不健全的残疾人，可以获得极佳的干扰信号识别准确度。而对于正常人，采用本实施方式中的持续度门限(200ms)和强度门限(300μv)的效果并非最优。

此外，本发明实施例还提供了另一种干扰信号的识别方法：在200ms内，信号幅度超过300μv，并且在后一个200ms内，信号幅度不增加并始终小于300μv。采用本方法识别干扰信号也具有较好的识别准确度。

进一步地，在上述实施方式的基础上，本发明提供的电脑控制设备还包括预处理模块，用于建立所述肌电信号与所述电脑鼠标的操作指令之间的模型，其中，所述电脑鼠标的操作指令包括单击、双击、右击、拖拽以及向特定方向移动。

在其中一种实施方式中，所述预处理模块具体用于：

多次采集所述残疾人手臂摆动所产生的肌电信号，并剔除所述肌电信号中显著度低于阈值的肌电信号。其中，所述残疾人的手臂摆动动作与所述电脑鼠标的特定操作指令相匹配，以获取与所述特定操作指令相匹配的多个肌电信号；

将所述残疾人的多次手臂摆动进行训练，以形成所述残疾人的手臂摆动行为与所述电脑鼠标的特定操作指令之间的模型。

在本实施方式中，预处理模块可建立肌电信号与电脑鼠标操作的私有化模型。具体地，该残疾人在开始使用电脑控制设备之前，反复做出预先设定的手臂摆动的动作并采集肌电信号，经过训练可获取该残疾人做出的该动作与做出该动作而产生的肌电信号之间的模型，而该残疾人的动作可以与鼠标的操作预先定义好，例如，该残疾人手臂挥动45°，鼠标执行“双击”操作；手臂挥动90°，鼠标执行“单击”操作，等等。这样，该残疾人的肌电信号与鼠标的特定操作之间的模型就能建立。这种私有化的模型，并非通过大数据的方式训练多个其他残疾人的方式，而是针对该残疾人进行反复训练而获取，因此具有针对性好，对该残疾人手臂动作识别精度高，进而用户体验提升的优点。

综上所述，本发明实施例提供的适用于残疾人的电脑控制设备，在使用过程中不受场景限制，设备轻便，移动方便，识别准确率高，响应速度快。

综上，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。