CN207824893U - 一种基于眼电的舞蹈机器人康复*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，包括LED灯刺激模块、眼电采集模块、眼电检测模块和机器人控制模块，其中，眼电检测模块分别与LED灯刺激模块、眼电采集模块、机器人控制模块连接，LED灯刺激模块与机器人控制模块连接，机器人控制模块安装在舞蹈机器人身上。本实用新型采用眼电实现人机交互，具有信号稳定、采集成本低的优势，刺激模块采用LED灯实现，且眼电检测模块由下位机实现，不需要使用PC机，节约设备的成本，具有便携性，刺激模块安装在机器人上，实现刺激模块和执行单元一体化，增加设备的趣味性。

Description

一种基于眼电的舞蹈机器人康复***

技术领域

本实用新型涉及康复设备的技术领域，尤其是指一种基于眼电的舞蹈机器人康复***。

背景技术

深度瘫痪、丧失四肢运动功能的残疾人(如肌萎缩性侧索硬化ALS，脑中风，脊髓损伤SCI等)，常需要借助一些非手动的人机交互方式进行康复训练。人机交互是指通过人机接口将人的意图转化为控制命令，实现人与外部设备之间的交流。目前，大部分的非手动人机交互都是通过人体生物电实现的。人体生物电主要包括脑电(EEG)、肌电(EMG)、心电(ECG)和眼电(EOG)。其中，脑电信号最为微弱，是微伏级的，对脑电信号采集设备的要求很高，通常脑电采集设备都比较昂贵；肌电通过肌肉的运动产生，而上述残疾人一般不具备运动能力；心电通过心脏的跳动产生，很难受人自主控制，不适合用做控制信号；眼电信号通过眨眼、眼球运动产生，信号幅值大，采集装置设计简单，信号稳定且可受被试者控制。综上所述，眼电不仅对信号采集设备的要求低，可以降低成本，而且可以实现自主控制，提高准确率。同时，丧失运动能力的残疾人，眼部运动功能通常是正常的，因此本实用新型采用眼电实现人机交互。特别地，本实用新型采用的眼电信号均由眨眼产生。

目前国内市场上基于眼电的康复设备的研发还处在起步阶段。传统的基于眼电的康复设备主要由眼电采集装置、PC机平台和执行单元三个部分组成。其中，眼电采集装置用于采集眼电；PC机平台用于提供刺激界面并进行眨眼检测；执行单元受眨眼控制完成特定的功能。使用者在使用这类设备进行康复训练时，通常需要关注于PC机平台的刺激界面而很少与执行机构进行交互，使得康复训练过程缺乏趣味性。在康复训练的过程中，有趣味性的人机交互方式不仅有助于康复效果，还有利于病人的身心健康。

传统的眼电康复设备需要PC机提供刺激界面和完成眼电检测功能，设备成本较高、不具备便携性；传统的眼电康复设备刺激界面和执行单元分开，使康复训练过程缺乏趣味性，不利于康复训练的效果。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷，提出了一种成本更低、更具有趣味性的基于眼电的舞蹈机器人康复***，采用眼电实现人机交互，具有信号稳定、采集成本低的优势。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，包括LED灯刺激模块、眼电采集模块、眼电检测模块和机器人控制模块；

所述LED灯刺激模块由安装在舞蹈机器人上的若干个LED灯组成，每个LED灯对应唯一的标号，代表***开关或舞蹈机器人的不同舞蹈动作，每个LED灯通过导线与所述机器人控制模块直接连接，LED灯在所述机器人控制模块的控制下随机闪烁；所述LED灯刺激模块通过第三WIFI通信模块与所述眼电检测模块连接，用于将标号实时发送给所述眼电检测模块；

所述眼电采集模块包括依次相连的干电极、信号放大模块、A/D转换模块和第一WIFI通信模块，所述眼电采集模块通过第一WIFI通信模块与所述眼电检测模块进行无线连接，用于将采集到的眼电数据发送到所述眼电检测模块；

所述眼电检测模块包含第二WIFI通信模块和眨眼检测模块两部分；所述眼电检测模块通过第二WIFI通信模块与所述眼电采集模块无线连接，用于接收所述眼电采集模块采集的眼电数据；所述眼电检测模块通过第二WIFI通信模块与所述LED灯刺激模块无线连接，用于接收所述LED灯刺激模块的标号；所述眼电检测模块通过第二WIFI通信模块与所述机器人控制模块无线连接，用于将所述眨眼检测模块的检测结果发送到所述机器人控制模块。

所述机器人控制模块安装在舞蹈机器人身上，包含第四WIFI通信模块和串口通信模块，所述机器人控制模块通过第四WIFI通信模块与所述眼电检测模块进行无线连接，用于接收所述眼电检测模块的眼电检测结果；所述机器人控制模块通过串口通信模块与舞蹈机器人处理器的串口模块进行连接，用于将控制指令发送给舞蹈机器人并接收舞蹈机器人的反馈指令。

所述眼电采集模块设有3个干电极，分别为眼电采集电极EOG、眼电参考电极REF、右腿驱动电极RLD，所述眼电采集电极EOG安装在用户左/右眼上方，所述眼电参考电极REF安装在用户左/右后耳根，右腿驱动电极RLD安装在用户右/左后耳根。

所述信号放大模块、A/D转换模块采用ADS1292作为主芯片，所述ADS1292芯片内置信号放大功能。

所述眼电检测模块和机器人控制模块均采用芯片CC3200作为主芯片。

所述第一WIFI通信模块、第二WIFI通信模块、第三WIFI通信模块、第四WIFI通信模块均采用基于CC320自带的WIFI通信模块。

所述串口通信模块采用基于CC320自带的串口通信模块。

所述干电极为圆形不锈钢干电极。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、刺激模块采用LED灯实现，且眼电检测模块由下位机实现，不需要使用PC机，节约设备的成本，具有便携性。

2、刺激模块安装在机器人上，实现刺激模块和执行单元一体化，增加设备的趣味性。

3、不锈钢干电极避免了湿电极的打胶问题，使用更加方便。

4、采用眨眼信号作为控制信号，信号稳定，采集成本低。

附图说明

图1是本实施例***组成框图。

图2是本实施例眼电采集模块组成框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例所提供的基于眼电的舞蹈机器人康复***，包括LED灯刺激模块1、眼电采集模块2、眼电检测模块3、机器人控制模块4。

所述LED灯刺激模块1由安装在舞蹈机器人上的若干个LED灯组成，每个LED灯对应一个唯一的标号。每个LED灯通过导线与所述机器人控制模块4直接连接，LED灯在所述机器人控制模块4的控制下随机闪烁。所述LED灯刺激模块1通过第三WIFI通信模块11与所述眼电检测模块4无线连接，用于将LED灯刺激模块1的标号实时发送给所述眼电检测模块3。LED灯用于提示使用者眨眼时机，用户通过跟随某个LED灯的闪烁同步眨眼来选中该LED灯。每个LED灯代表***开关或舞蹈机器人的不同舞蹈动作(比如挥手、鞠躬、前进一步、后退一步)。

所述眼电采集模块2用于采集用户跟随LED灯的眨眼信号，采样频率为250Hz。所述眼电采集模块2通过第一WIFI通信模块24与所述眼电检测模块进行无线连接，用于将采集到的眼电信号发送到所述眼电检测模块3。

如图2所示，所述眼电采集模块2包括依次相连的不锈钢干电极、信号放大模块22、A/D转换模块23和第一WIFI通信模块24，各个模块的特征如下：

不锈钢干电极共有3个，分别为安装在左/右眼上方的眼电采集电极EOG211、安装在左/右后耳根的眼电参考电极REF 212和右腿驱动电极RLD 213。特别的，右腿驱动电极RLD 213应安装在距离眼电采集电极EOG 211较远的后耳根，从而使得眼电采集的信号更加稳定。

所述信号放大模块22、A/D转换模块23采用ADS1292作为主芯片，ADS1292内部集成信号放大和右腿驱动功能。信号放大倍数可根据需要设置，转换精度为24位；右腿驱动功能只需增加简单的***电路就可以实现。右腿驱动可以去除人体的共模信号，只保留差模信号，有利于获得更稳定的眼电信号。

所述第一WIFI通信模块24采用基于CC3200自带的WIFI通信模块，用于接收眼电检测模块3的请求并将采集到的眼电数据发送到眼电检测模块3。

所述眼电检测模块3采用芯片CC3200作为处理器，包含第二WIFI通信模块31和眨眼检测模块32。所述眼电检测模块3通过第二WIFI通信模块31与眼电采集模块2无线连接，用于接收所述眼电采集模块2采集的眼电数据；所述眼电检测模块3通过第二WIFI通信模块31与所述LED灯刺激模块1无线连接，用于接收所述LED灯刺激模块1的标号；所述眼电检测模块3通过第二WIFI通信模块31与所述机器人控制模块4无线连接，用于将所述眨眼检测模块32的检测结果发送到所述机器人控制模块4。所述眨眼检测模块32用于实时处理眼电数据和标号并通过一定的算法进行眨眼检测。算法具体工作流程为对每一轮LED闪烁进行一次检测，从眼电信号中识别出眨眼动作，并找到与该眨眼动作相对应的LED灯闪烁，进而确定用户正在选择的舞蹈动作。

所述机器人控制模块4安装在舞蹈机器人身上，包含第四WIFI通信模块41和串口通信模块42。所述机器人控制模块4通过第四WIFI通信模块41与所述眼电检测模块3进行无线连接，用于接收所述眼电检测模块3的眼电检测结果；所述机器人控制模块4通过串口通信模块42与舞蹈机器人5处理器的串口模块51进行连接，用于将控制指令发送给舞蹈机器人5并接收舞蹈机器人5的反馈指令。

本实施例使用的舞蹈机器人5是由17个舵机组成的人形机器人，处理器为STM32单片机。可使用两种方式对该舞蹈机器人进行控制，直接控制和间接控制。直接控制：机器人控制模块4通过串口通信模块发送指令直接控制每个舵机转动。间接控制：通过上位机对舞蹈机器人进行动作设计并标号后下载到单片机中，机器人控制模块4通过串口通信模块发送相应的标号控制舞蹈机器人动作。由于间接控制的方式数据量少、控制简单、可靠性高，所以实施例采用间接控制的方式。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，其特征在于：包括LED灯刺激模块、眼电采集模块、眼电检测模块和机器人控制模块；

所述LED灯刺激模块由安装在舞蹈机器人上的若干个LED灯组成，每个LED灯对应唯一的标号，代表***开关或舞蹈机器人的不同舞蹈动作，每个LED灯通过导线与所述机器人控制模块直接连接，LED灯在所述机器人控制模块的控制下随机闪烁；所述LED灯刺激模块通过第三WIFI通信模块与所述眼电检测模块连接，用于将标号实时发送给所述眼电检测模块；

所述眼电采集模块包括依次相连的干电极、信号放大模块、A/D转换模块和第一WIFI通信模块，所述眼电采集模块通过第一WIFI通信模块与所述眼电检测模块进行无线连接，用于将采集到的眼电数据发送到所述眼电检测模块；

所述眼电检测模块包含第二WIFI通信模块和眨眼检测模块两部分；所述眼电检测模块通过第二WIFI通信模块与所述眼电采集模块无线连接，用于接收所述眼电采集模块采集的眼电数据；所述眼电检测模块通过第二WIFI通信模块与所述LED灯刺激模块无线连接，用于接收所述LED灯刺激模块的标号；所述眼电检测模块通过第二WIFI通信模块与所述机器人控制模块无线连接，用于将所述眨眼检测模块的检测结果发送到所述机器人控制模块；

所述机器人控制模块安装在舞蹈机器人身上，包含第四WIFI通信模块和串口通信模块，所述机器人控制模块通过第四WIFI通信模块与所述眼电检测模块进行无线连接，用于接收所述眼电检测模块的眼电检测结果；所述机器人控制模块通过串口通信模块与舞蹈机器人处理器的串口模块进行连接，用于将控制指令发送给舞蹈机器人并接收舞蹈机器人的反馈指令。

2.根据权利要求1所述的一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，其特征在于：所述眼电采集模块设有3个干电极，分别为眼电采集电极EOG、眼电参考电极REF、右腿驱动电极RLD，所述眼电采集电极EOG安装在用户左/右眼上方，所述眼电参考电极REF安装在用户左/右后耳根，右腿驱动电极RLD安装在用户右/左后耳根。

3.根据权利要求1所述的一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，其特征在于：所述信号放大模块、A/D转换模块采用ADS1292作为主芯片，所述ADS1292芯片内置信号放大功能。

4.根据权利要求1所述的一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，其特征在于：所述眼电检测模块和机器人控制模块均采用芯片CC3200作为主芯片。

5.根据权利要求1所述的一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，其特征在于：所述第一WIFI通信模块、第二WIFI通信模块、第三WIFI通信模块、第四WIFI通信模块均采用基于CC320自带的WIFI通信模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，其特征在于：所述串口通信模块采用基于CC320自带的串口通信模块。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于眼电的舞蹈机器人康复***，其特征在于：所述干电极为圆形不锈钢干电极。