[发明专利]意控智能玩具车

说明书

技术领域

本发明提出了一种控制智能玩具车的新方法，其中由注意力集中程度结合惯性传感器感知头部摆动信息融合控制玩具车的车速，惯性传感器感知头部摆动方向以控制智能玩具车的行驶方向。其工作流程是：实时采集玩具电动车操作者脑电信息和惯性传感器信息，并实时处理已采集的脑电信息和惯性传感器信息，形成控制命令实时操纵电动玩具车行驶情况。 

背景技术

意控玩具电动车是一种通过生物反馈的方法进行对大脑训练的新策略，尤其针对儿童注意力缺陷伴多动症。在智力开发阶段的儿童尤其易患此症，目前我国此阶段儿童的患病率为5%-15%。但智力开发阶段儿童生理、心理快速发育并逐渐成熟的时期，如不适当治疗，严重影响患者的学习，甚至影响患者成年后的就业及身心健康、人格形成及智力发展，给患者本人及家庭都带来极大伤害。因此，如何有效地提高此阶段儿童控制注意力的能力成为一个亟待解决的问题。此年龄段的儿童比较喜欢娱乐，如何能在娱乐中提高改善儿童控制注意的能力是有效解决注意力问题的一个重点，同时也是难点。电动玩具车是智力开发阶段儿童最受欢迎的玩具之一，将电动玩具车与脑电有效的结合，脑电特定的信号控制电动玩具车，既能给儿童带来操作控制的乐趣，同时还可以有效地训练儿童控制注意力，继而提高儿童学习的效率。同时该意念控制智能电动车也适合认知功能障碍的人群，使此类人群在娱乐的同时达到认知康复的目的。 

EEG 信号是由大量神经元放电活动中突触后电位（postsynaptic potential）引起的细胞外场电位（extra-cellular field potential）的总和，而EEG 中波状节律的产生是群体神经元同步发放的结果。脑电的节律及其各个节律的振幅与情绪、注意力等有密切的联系。感觉运动节律（Sensory Motor Rhythm，SMR）：频率为13-15Hz，肌肉放松和注意力集中时出现于感觉运动区，与运动抑制有关；β波：频率为15-35Hz，睁眼视物或接受其它刺激时，在其它皮层部位也出现，表示大脑皮层兴奋；在完成认知任务时，额叶区和中央区的θ活动大大增强，而颞叶区的β波活动降低，所以θ/β频带内能量变化亦能反映注意力的集中程度。根据脑电的θ/β频带内能量变化及SMR等节律脑电的其他特征值的变化可以实时检测使用者的注意力的集中程度，并根据适用者注意力集中程度有效结合惯性传感器有效控制玩具电动车的车速及行驶方向。 

发明内容

本发明的主旨是提出一种以脑机接口技术与惯性传感器感知体动分析技术有机结合控制电动玩具车的新技术，利用注意力集中程度与头部的偏置动作有机结合实时控制电动玩具车的行驶速度和行驶方向。其中注意力集中程度结合惯性传感器感知头部摆动信息融合控制玩具车的车速，惯性传感器感知头部摆动方向以控制智能玩具车的行驶方向。当电动玩具车直线行驶时，没有头部摆动的情况下，注意力高于设定阈值后启动玩具车，注意力集中程度控制电动玩具车的行驶速度，注意力集中程度越高，电动玩具车车速越高；当电动玩具车拐弯行驶时，需要根据拐弯方向摆头，由惯性传感器感知拐弯方向，此时自动降低车速并控制玩具车转弯行驶。拐弯过程中，电动玩具车车速受限，防止转弯过程中出现翻车的现象。在全程行驶期间，注意力集中程度应高于设定阈值，若注意力集中程度低于阈值，则电动玩具车自动停止。该发明提出了一种结合人体生理心理和人体动作控制电动玩具车的新技术。 

意控电动玩具车利用脑电采集系统和惯性传感器分别实时采集玩具电动车操作者脑电信息和头部摆动信息，并利用现代信号处理技术实时对已采集的脑电信息和头部摆动信息进行滤波，去噪，纠正基线漂移，特征值提取及识别处理，形成控制命令实时操纵电动玩具车行驶情况。当电动玩具车准备行驶时，没有头部摆动的情况下，注意力高于设定阈值后自行启动玩具车，注意力集中程度控制电动玩具车的行驶速度：注意力集中程度越高，电动玩具车速越快；当电动玩具车拐弯行驶时，则玩具车操纵者需要根据拐弯方向摆头，惯性传感器感知拐弯方向，此时自动降低车速并控制玩具车转弯行驶。拐弯过程中，电动玩具车车速受限，防止转弯过程中出现翻车的现象。在全程行驶期间，注意力集中程度应高于设定阈值，若注意力集中程度低于阈值，则电动玩具车自动停止。其设定阈值可根据每个受试者的具体情况经过实际训练设定。 

本专利主要工作步骤如下： 

Step1：利用脑电采集系统、惯性传感器采集系统分别采集脑电信号和头部摆动变化信息；

Step2：对脑电信号和惯性传感器信号进行滤波，去噪，特征值提取及识别处理，形成控制指令；