CN111724651A - 一种飞行员错觉训练***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行员错觉训练***及方法。该***包括：三维滚轮装置，包括大滚轮、中滚轮、小滚轮、滚轮支架、动力装置、座椅和座椅支撑组件，大滚轮外侧左右两端通过轮轴和轴套固定于滚轮支架上，中滚轮外侧上下两端通过轮轴和轴套固定于大滚轮的内侧上下两端，小滚轮外侧左右两端通过轮轴和轴套固定于中滚轮的内侧左右两端，座椅通过座椅支撑组件固定于小滚轮的内侧；动力装置为各滚轮的旋转提供动力；监测组件，包括摄像头和心率采集器，摄像头用于采集训练员的面部图像；控制器，用于根据摄像头采集的图像信息和心率采集器采集的心率，控制三维滚轮装置是否停止运转。本发明能够训练飞行员的前庭功能，并能够对飞行员的身体状况进行实时监测。

Description

一种飞行员错觉训练***及方法
技术领域
本发明涉及一种飞行员错觉训练***及方法。
背景技术
飞行员在飞行中常发生飞行错觉，航天员在航天飞行时常出现空间运动病，极大地威胁到飞行员、航天员的健康和安全。滚轮训练是提高前庭功能稳定性，预防飞行错觉和空间运动病的有效措施之一。目前飞行人员使用的固定滚轮仅能在一个轴向上转动，训练效果不全面。而新型的三维滚轮虽然能在三个轴向上转动，但三个轴向的转速无法精确控制或仅能控制一个轴向的转速，影响了训练效果。如果设计一种能精确控制三个轴向转动速度的三维滚轮，将进一步提高训练效果，有效增强空间定向能力和前庭功能稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种飞行员前庭功能训练***及方法，能够对训练员身体状况进行实时监测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种飞行员错觉训练***，包括：
三维滚轮装置，包括滚轮组件、滚轮支架、动力装置、座椅和座椅支撑组件，所述滚轮包括大滚轮、中滚轮和小滚轮，所述大滚轮外侧左右两端通过第一轮轴和第一轴套固定于所述滚轮支架上，所述中滚轮外侧上下两端通过第二轮轴和第二轴套固定于大滚轮的内侧上下两端，所述小滚轮外侧左右两端通过第三轮轴和第三轴套固定于中滚轮的内侧左右两端，所述座椅通过所述座椅支撑组件固定于所述小滚轮的内侧；所述动力装置为所述滚轮组件中各滚轮的旋转提供动力；
监测组件，包括摄像头和心率采集器，所述摄像头通过万向轴连接固定在所述座椅的顶部，用于采集训练员的面部图像；
控制器，输入端分别与所述摄像头和心率采集器连接，用于根据所述摄像头采集的图像信息和所述心率采集器采集的心率，控制所述三维滚轮装置是否停止运转。
可选的，所述飞行员错觉训练***还包括急停按钮，所述急停按钮与所述控制器连接，所述控制器根据所述急停按钮的动作，控制三维滚轮装置是否停止运转。
可选的，所述动力装置包括第一电机、第二电机和第三电机，所述第一电机带动所述第一轮轴转动，所述第二电机带动所述第二轮轴转动，所述第三电机带动所述第三轮轴转动。
可选的，所述飞行员错觉训练***还包括：变速装置，所述变速装置的输入端与所述第一电机连接，所述变速装置的输出端与所述第一轮轴连接。
可选的，所述飞行员错觉训练***还包括：底座，所述滚轮支架安装在所述底座上。
可选的，所述座椅支撑组件包括座椅支架和横支架，所述座椅支架上安装有座椅，所述座椅支架和横支架交叉固定在小滚轮内侧。
可选的，所述飞行员训练***还包括：脚踏板，固定于所述座椅支架的下端。
本发明还提供了一种飞行员错觉训练方法，所述方法应用于本发明提供的飞行员训练***，所述方法包括：
控制器控制各滚轮以设定速度旋转；
获取急停按钮的状态；
判断急停按钮是否按下；
若是，则控制各滚轮停止旋转；
实时获取心率采集器采集的心率值；
判断所述心率值的突变是否大于第一预设值；
如果所述心率值的突变大于所述预设值，则控制各滚轮停止旋转；
获取摄像头采集的图像；
对所述图像进行分析处理，确定训练员的瞳孔直径；
判断所述瞳孔直径是否大于第二预设值；
如果所述瞳孔直径大于第二预设值，则控制各滚轮停止旋转。
可选的，还包括：
获取基于机器学习的分类器，所述分类器为与训练员对应的分类器；
将实时采集的所述训练员的面部图像输入所述分类器，得到所述训练员的面色苍白度所属类别；
根据所述训练员的面色苍白度所属类别确定是否停止各滚轮停止旋转。
可选的，在所述获取基于机器学习的分类器之前，还包括：
获取样本图像，所述样本图像为所述训练员的面部图像，所述样本图像包括训练员从健康状态到不能承受训练强度的过程中的面部图像；
以所述样本图像为输入，训练所述分类器；分类器的输出为根据面色苍白度划分的多个类别。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的飞行员错觉训练***及方法通过三维滚轮装置以及控制器实现了三个轴向转速和时间的自动控制；通过监测组件和控制器，实现了对训练员心率、瞳孔直径以及脸色的实时监测，并在心率、瞳孔直径以及脸色出现异常时，控制器控制三维滚轮装置停止运转。本发明提供的飞行员错觉训练***能够在训练过程中，实时对训练员的身体状况进行监测，并当训练员身体不适时，自动停止三维滚轮装置的运转。
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获得其他的附图。
图1为本发明实施例飞行员错觉训练***结构图；
图2为本发明实施例飞行员错觉训练方法流程图。
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做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。
本发明的目的是提供一种飞行员前庭功能训练***及方法，能够对训练员身体状况进行实时监测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种飞行员错觉训练***包括：
三维滚轮装置，包括滚轮组件、滚轮支架2、动力装置、座椅18和座椅支撑组件，滚轮包括大滚轮9、中滚轮10和小滚轮11，大滚轮9外侧左右两端通过第一轮轴5和第一轴套固定于滚轮支架2上，中滚轮10外侧上下两端通过第二轮轴7和第二轴套固定于大滚轮9的内侧上下两端，小滚轮11外侧左右两端通过第三轮轴3和第三轴套固定于中滚轮10的内侧左右两端，座椅18通过座椅支撑组件固定于小滚轮11的内侧；动力装置为滚轮组件中各滚轮的旋转提供动力；
监测组件，包括摄像头和心率采集器，摄像头通过万向轴连接固定在座椅18的顶部，用于采集训练员的面部图像；心率采集器可以为夹在手指上以采集训练者心率信息的心率采集器，可以为手环形式的心率采集器。
控制器，输入端分别与摄像头和心率采集器连接，用于根据摄像头采集的图像信息和心率采集器采集的心率，控制三维滚轮装置是否停止运转。
作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，本发明提供的飞行员错觉训练***还包括急停按钮，急停按钮与控制器连接，控制器根据急停按钮的动作，控制三维滚轮装置停止运转。急停按钮可以安装在训练员可以触及的座椅支架8上。
作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，动力装置包括第一电机16、第二电机6和第三电机4，第一电机16带动第一轮轴5转动，第二电机6带动第二轮轴7转动，第三电机4带动第三轮轴3转动。
作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，本发明提供的飞行员错觉训练***还包括：变速装置13，变速装置13的输入端与第一电机16连接，变速装置13的输出端与第一轮轴5连接。
作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，本发明提供的飞行员错觉训练***还包括：底座1，滚轮支架2安装在底座1上。
作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，座椅18支撑组件包括座椅支架8和横支架12，座椅支架8上安装有座椅18，座椅支架8和横支架12交叉固定在小滚轮11内侧。
作为本发明的一个实施例，在上述实施例的基础上，本发明提供的飞行员错觉训练***还包括：脚踏板17，固定于座椅支架8的下端。
第一电机16、第二电机6和第三电机4通过导线与控制台14上的控制器连接，第一电极通过传送带15与第一变速装置13连接。座椅18通过紧固连接与座椅支架8和横支架12相连。
使用时，受训者坐在座椅18上，双脚放在脚踏板17上，分别用安全带固定好躯干和双腿，利用控制台14分别设定三个滚轮的转速和运行时间，然后启动电机带动三个滚轮按设定的转速和时间转动，受训者即可在三个轴向上滚转，训练结束后可根据症状表现和耐受时间进行效果评定。
本发明还提供了一种飞行员错觉训练方法，该方法应用于本发明提供的飞行员错觉训练***，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤201：控制器控制各滚轮以设定速度旋转；
步骤202：获取急停按钮的状态；
步骤203：判断急停按钮是否按下；
步骤204：如果急停按钮按下，则控制各滚轮停止旋转；
步骤205：实时获取心率采集器采集的心率值；
步骤206：判断所述心率值的突变是否大于第一预设值；
步骤207：如果所述心率值的突变大于所述第一预设值，则控制各滚轮停止旋转；
步骤208：获取摄像头采集的图像；
步骤209：对所述图像进行分析处理，确定瞳孔直径；
步骤210：判断所述瞳孔直径是否大于第二预设值；
步骤211：如果所述瞳孔直径大于第二预设值，则控制各滚轮停止旋转。
其中，第一预设值可以为40次/分。
所述第二预设值的确定，要根据每个人的不同情况进行设定，预先对各训练员正常状态下的瞳孔直径进行采集，可以将正常状态下的瞳孔直径的1.5倍作为第二预设值。
在上述实施例的基础上，面色苍白度也可以作为一个参考指标，当训练员的面色苍白程度超过第三预设值时，同样，控制各滚轮停止旋转，对于第三预设值的确定，需要预先对训练员的面部图像进行采集，记为样本图像，该样本图像包括训练员在正常状态下的面色到训练员在训练强度不能承受时的面色的变化过程的图像，且样本图像的数量足够大，进而，采用该样本图像对基于机器学习的分类器进行训练，该分类器可以将面色的苍白情况分为五级。在训练员训练时，实时采集训练员的面部图像，并采用分类器对该面部图像进行分类，当分类结果表示该面色图像属于四级时，则控制各滚轮停止旋转，这里的四级即为所述的第三预设值。这里需要注意的是，考虑到个体差异，每个训练员具有相应的采用自身面色样本图像训练得到的分类器。
此外，面部出汗情况、作呕动作等其他能够表征训练员状态的行为也可以作为参考指标，例如，通过对训练员训练过程中面部图像的实时采集，实时判断图像中是否有呕吐动作，如训练员有呕吐动作(比如口的张开、口中有物体流出等)，则控制各滚轮停止旋转。同样的，也可以对图像中训练员的出汗情况进行特征提取，当出汗量比较大时，超过某一设定阈值时，控制各滚轮停止旋转。
本发明提供的飞行员错觉训练***及方法通过三维滚轮装置以及控制器实现了三个轴向转速和时间的自动控制；通过监测组件和控制器，实现了对训练员心率、瞳孔直径以及脸色的实时监测，并在心率、瞳孔直径以及脸色出现异常时，控制器控制三维滚轮装置停止运转。本发明提供的飞行员错觉训练***能够在训练过程中，实时对训练员的身体状况进行监测，并当训练员身体不适时，自动停止三维滚轮装置的运转。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种飞行员错觉训练***，其特征在于，包括：
三维滚轮装置，包括滚轮组件、滚轮支架、动力装置、座椅和座椅支撑组件，所述滚轮包括大滚轮、中滚轮和小滚轮，所述大滚轮外侧左右两端通过第一轮轴和第一轴套固定于所述滚轮支架上，所述中滚轮外侧上下两端通过第二轮轴和第二轴套固定于大滚轮的内侧上下两端，所述小滚轮外侧左右两端通过第三轮轴和第三轴套固定于中滚轮的内侧左右两端，所述座椅通过所述座椅支撑组件固定于所述小滚轮的内侧；所述动力装置为所述滚轮组件中各滚轮的旋转提供动力；
监测组件，包括摄像头和心率采集器，所述摄像头通过万向轴连接固定在所述座椅的顶部，用于采集训练员的面部图像；
控制器，输入端分别与所述摄像头和心率采集器连接，用于根据所述摄像头采集的图像信息和所述心率采集器采集的心率，控制所述三维滚轮装置是否停止运转。
2.根据权利要求1所述的飞行员错觉训练***，其特征在于，所述飞行员错觉训练***还包括急停按钮，所述急停按钮与所述控制器连接，所述控制器根据所述急停按钮的动作，控制三维滚轮装置是否停止运转。
3.根据权利要求1所述的飞行员错觉训练***，其特征在于，所述动力装置包括第一电机、第二电机和第三电机，所述第一电机带动所述第一轮轴转动，所述第二电机带动所述第二轮轴转动，所述第三电机带动所述第三轮轴转动。
4.根据权利要求3所述的飞行员错觉训练***，其特征在于，所述飞行员错觉训练***还包括：变速装置，所述变速装置的输入端与所述第一电机连接，所述变速装置的输出端与所述第一轮轴连接。
5.根据权利要求1所述的飞行员错觉训练***，其特征在于，所述飞行员错觉训练***还包括：底座，所述滚轮支架安装在所述底座上。
6.根据权利要求1所述的飞行员错觉训练***，其特征在于，所述座椅支撑组件包括座椅支架和横支架，所述座椅支架上安装有座椅，所述座椅支架和横支架交叉固定在小滚轮内侧。
7.根据权利要求6所述的飞行员错觉训练***，其特征在于，所述飞行员错觉训练***还包括：脚踏板，固定于所述座椅支架的下端。
8.一种飞行员错觉训练方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-5任一项所述的飞行员错觉训练***，所述方法包括：
控制器控制各滚轮以设定速度旋转；
获取急停按钮的状态；
判断急停按钮是否按下；
若是，则控制各滚轮停止旋转；
实时获取心率采集器采集的心率值；
判断所述心率值的突变是否大于第一预设值；
如果所述心率值的突变大于所述预设值，则控制各滚轮停止旋转；
获取摄像头采集的图像；
对所述图像进行分析处理，确定训练员的瞳孔直径；
判断所述瞳孔直径是否大于第二预设值；
如果所述瞳孔直径大于第二预设值，则控制各滚轮停止旋转。
9.根据权利要求8所述的飞行员错觉训练方法，其特征在于，还包括：
获取基于机器学习的分类器，所述分类器为与训练员对应的分类器；
将实时采集的所述训练员的面部图像输入所述分类器，得到所述训练员的面色苍白度所属类别；
根据所述训练员的面色苍白度所属类别确定是否停止各滚轮停止旋转。
10.根据权利要求9所述的飞行员错觉训练方法，其特征在于，在所述获取基于机器学习的分类器之前，还包括：
获取样本图像，所述样本图像为所述训练员的面部图像，所述样本图像包括训练员从健康状态到不能承受训练强度的过程中的面部图像；
以所述样本图像为输入，训练所述分类器；分类器的输出为根据面色苍白度划分的多个类别。
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