[发明专利]基于眼电的轮椅控制系统

说明书

本发明公开了一种基于眼电的轮椅控制系统,包括眼电信号采集模块、眨眼检测单元、决策单元和轮椅执行单元；眼电信号采集模块用于信号采集并进行放大滤波，然后将采集到的眼电信号传送给眨眼检测单元；眨眼检测单元从眼电信号中提取波形特征参数，检查波形特征参数是否满足阈值条件，从而判断是否存在眨眼；决策单元根据眨眼检测单元的结果，输出指令给轮椅执行单元；轮椅执行单元根据识别的指令结果，控制轮椅执行相对应的动作；本发明能够快速地检测到眨眼信号并将其准确定位到某一个具体的按键上，从而实现了仅仅使用一种眼部动作就能安全、快速、准确且充分地提供轮椅控制指令。

技术领域

本发明涉及一种电动轮椅控制系统，特别是涉及一种基于眼电的电动轮椅控制系统。

背景技术

轮椅是常见的助残设备之一，用来帮助腿部运动功能缺失的人重新获得行走能力。人机接口(human machine interface,HMI)将人的意图转化为控制命令，而在人与外部设备之间建立直接的交流和控制通道。因此，人机接口技术被广泛的运用于轮椅控制，常见的包括操纵杆和键盘。不过，现存的用于轮椅控制的人机接口很大部分是手动的，需要用户具有良好的上肢运动功能。然而，一些疾病(如肌萎缩性侧索硬化ALS，脊髓损伤SCI等)会造成病人深度瘫痪，丧失四肢运动功能，因此很难通过传统的手动人机接口操控轮椅，需要为他们提供一种非手动的人机交互方式，让他们能够快速、准确且充分地输出控制指令(如前进，后退，转向，加速，减速，停止等)。通常，深度瘫痪的病人的大脑和眼睛仍然保持着正常功能，因此研究人员提出了一些基于脑电信号(electroencephalography,EEG)或眼电信号(electrooculography,EOG)的轮椅控制系统。EEG和EOG分别来自于大脑和眼睛生成的生物电信号，二者都属于非侵入式信号。

目前基于脑电信号的用于轮椅控制的人机接口主要使用运动想象、P300以及SSVEP等脑电模式，其中运动想象的响应时间(生成一个命令的时间)最短，但是能够提供的控制指令数量有限(通常只有2个或3个)，因此主要用于控制轮椅转向。P300和SSVEP可以提供丰富的控制命令，但是它们的响应时间比较长，准确率不高，而且容易造成疲劳，不适合长时间控制。此外，运动想象的效果个体差异很大，因此需要相对大量的训练数据，比较耗时。

目前基于眼电的人机接口具有以下缺点：第一，不能快速准确地识别有意识的眼部动作和无意识的眼部动作；第二，区分不同眼部动作的准确率有待提高；第三，多种眼部动作的使用导致控制比较复杂，容易引起眼部疲劳。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种更加快速安全准确的轮椅控制系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于眼电的轮椅控制系统,包括眼电信号采集模块、眨眼检测单元、决策单元和轮椅执行单元；

所述眼电信号采集模块用于信号采集并进行放大滤波，然后将采集到的眼电信号传送给所述眨眼检测单元；

所述眨眼检测单元从眼电信号中提取波形特征参数，所述波形特征参数包括原始信号最大值、原始信号最大值出现时刻相对于按键闪烁时刻的时延、差分信号最大值以及眨眼持续时间，检查所述波形特征参数是否满足阈值条件，从而判断是否存在眨眼；

所述决策单元根据眨眼检测单元的结果，输出指令给所述轮椅执行单元；

所述轮椅执行单元根据识别的指令结果，控制轮椅执行相对应的动作；

所述决策单元按以下方式根据根据眨眼检测单元的结果输出指令给所述轮椅执行单元；

通过初始校准测出每个用户的眨眼反应时间，即原始信号最大值出现时刻相对于按键闪烁时刻的时延t_p的平均值T_p；获取该轮闪烁中每个按键的时延t_p，依照以下公式对每个按键进行评估：