信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置的製作方法
2023-10-07 07:17:24
專利名稱：信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及利用肌電信號滑鼠按鍵點擊和滑鼠光標移動功能控制的裝置，屬於康復工程及計算機技術領域。
背景技術：
基於腦電、眼電、肌電等生物電信號的人機互動技術是近年來遙操作機器人和人機互動技術的研究前沿和熱點之一，經過大量的研究表明，腦電和眼電信號的提取不夠方便，易受個人誤動作及周圍環境因素的影響，且腦電控制的成本較高，不易實現產業化。而表面肌電採集預處理技術已十分成熟，肌電控制作為人-機接口領域的一個新興分支，在臨床肌肉疾病診斷、運動醫學、康復工程等領域越來越受關注。另外，滑鼠是計算機一種必不可少的輸入設備，目前的產品主要是通 過手的移動與點擊實現對計算機的控制，並不能滿足高位截癱和上肢殘疾患者的需求。申請人:於200610024781. 3號專利涉及的肌電信號控制滑鼠，可利用控制假手的肌電信號來控制滑鼠的左右鍵開關，並利用現有的肌電控制假手來抓住滑鼠，靠殘肢的運動來實現移動滑鼠，從而實現光標X、Y方向的運動。但此項專利控制裝置較複雜且仍然需要殘肢進行滑鼠的控制，不能滿足高位截癱等患者的控制需求。
實用新型內容本實用新型的目的是為截癱及上肢殘疾患者提供一種可利用自身肌電信號實現滑鼠點擊及滑鼠光標移動功能控制的裝置。為了實現上述目的，本實用新型採用如下方案一種信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其特徵在於包括信號採集端，包括肌電傳感器、單片機電路、信號發送電路，肌電傳感器產生的輸出信號送至單片機電路，單片機電路對該信號進行處理後再送至信號發送電路，信號發送電路將此信號送至信號接收端；信號接收端，其輸出送至被控制的計算機；頭箍，可佩戴在頭部，所述信號採集端嵌於頭箍內。進一步地所述肌電傳感器產生的信號經運算放大器放大和濾波器濾波後再接入單片機電路。所述信號發送電路為藍牙無線發送模塊；所述信號接收端採用USB 口藍牙無線接收裝置。所述頭箍可調鬆緊度，可根據不同人的需求調佩戴位置和肌電傳感器位置。所述肌電傳感器處於一可滑動模塊內，可根據不同人的特徵選擇固定位置，以緊貼頭部表面肌肉進行肌電信號的採集。本實用新型可利用自身肌電信號實現滑鼠點擊及滑鼠光標移動功能控制。
圖1為頭箍結構示意圖；圖2為裝置整體控制原理圖；圖3為控制裝置結構框圖；圖4為滑鼠控制方法流程圖； 圖5為滑鼠控制方法流程圖。
具體實施方式
本實用新型為一種信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其包括信號採集端，包括肌電傳感器、單片機電路、信號發送電路，肌電傳感器產生的輸出信號送至單片機電路，單片機電路對該信號進行處理後再送至信號發送電路，信號發送電路將此信號送至信號接收端；信號接收端，其輸出送至被控制的計算機；頭箍，可佩戴在頭部，所述信號採集端嵌於頭箍內。進一步地所述肌電傳感器產生的信號經運算放大器放大和濾波器濾波後再接入單片機電路。所述信號發送電路為藍牙無線發送模塊；所述信號接收端採用USB 口藍牙無線接收裝置。所述頭箍可調鬆緊度，可根據不同人的需求調佩戴位置和肌電傳感器位置。所述肌電傳感器處於一可滑動模塊內，可根據不同人的特徵選擇固定位置，以緊貼頭部表面肌肉進行肌電信號的採集。為了更清楚地解釋本實用新型內容，再做如下詳細介紹裝置主要由四個模塊組成肌電信號採集模塊；信號處理與轉換模塊；無線傳輸模塊；計算機應用軟體。其中肌電信號採集模塊選取頭部顳肌位置作為肌電信號採集源，將採集到的肌電信號進行濾波、放大後傳輸給下一模塊進行信號處理與轉換；信號處理和轉換模塊將經過預處理的肌電信號通過單片機電路對其進行處理與計算，將其轉化成計算機可識別的滑鼠控制信號，通過不同位置咬牙動作控制信號的組合實現滑鼠點擊及滑鼠光標移動功能的控制；信號傳輸模塊採用無線技術實現控制信號的無線發送，接收端採用USB 口的無線接收裝置；應用軟體基於VB平臺的滑鼠(光標)控制的實現，根據咬牙動作肌電信號模式識別的結果，採用windows自帶的API函數實現對光標的控制。採集端集肌電傳感器、運算放大器、濾波器、可將預處理的肌電信號轉化成可實現滑鼠按鍵點擊和滑鼠光標移動功能的控制信號的單片機電路與藍牙無線發送模塊為一體， 並嵌入可調鬆緊度與肌電採集位置的頭箍內。如圖1所示，通過a可調節頭箍上下位置，通過b可調節頭箍鬆緊度，通過c可調節肌電傳感器d的左右和前後位置，以保證肌電傳感器位於合適的採集點並貼緊皮膚。接收端採用USB 口藍牙無線接收裝置。使用者可通過佩戴該頭箍來實現滑鼠按鍵點擊與滑鼠光標移動功能的控制。 具體操作過程參照附圖如圖2，選取顳肌位置的肌肉作為肌電信號的採集點，將採集的信號經過處理與計算並轉換成可實現滑鼠點擊與滑鼠光標移動等功能的控制信號，之後利用藍牙無線模塊完成控制信號的無線發送與接收，計算機根據咬牙動作肌電信號模式識別的結果，利用VB平臺及windows自帶的API函數實現對上述功能的控制。如圖3所示，發生咬牙動作時顳肌位置的肌電信號表現的特徵明顯，將採集的肌電信號經過放大、濾波等預處理後傳入單片機電路，單片機電路將傳入的信號進行A/D轉換並將轉換的數位訊號參照採樣頻率及肌電信號電壓幅值等特徵，並利用閾值判別法將其轉換成可控制滑鼠的信號，之後利用無線藍牙技術完成控制信號的傳送與接收。如圖4所示，通過閾值判別法判斷是否有動作產生，有動作產生則信號置高電平， 沒有動作產生則信號置低電平，根據高電平持續時間將信號分為雜信號、按鍵信號與移動信號。雜信號為無效信號，按鍵信號與移動信號是控制信號，當產生雜信號時返回產生雜信號之前的信號狀態，當產生有效信號時設定一定的高電平持續時間閾值，當不超過閾值時判斷其為按鍵信號，當超過閾值時判斷其為移動信號，將信號轉入下一模塊D計算處理。將信號轉入下一模塊D (圖5)計算處理。如圖5所示，不同位置的控制信號分別對應滑鼠的左右鍵點擊功能與當前滑鼠光標方向切換功能；不同位置的移動信號分別對應滑鼠的左/右與上/下移動功能以及確定鍵功能。具體內容如下只有左側顳肌位置產生按鍵信號(簡稱LS信號)對應滑鼠左鍵點擊功能；只有右側顳肌位置產生按鍵信號(簡稱RS信號)對應滑鼠右鍵點擊功能；左右顳肌位置同時產生按鍵信號(簡稱BS信號)對應切換功能，其控制效果是實現當前滑鼠光標移動方向的切換 (左右方向的切換與上下方向的切換)。只有左側顳肌位置產生移動信號(簡稱LL信號)對應光標向左/右方向移動功能；只有右側顳肌位置產生的移動信號(簡稱RL信號)對應光標上/下方向移動功能；左右顳肌位置同時產生移動信號(簡稱BL信號)對應確定鍵功能，其控制效果是選中並打開滑鼠光標當前所指文件。如操作已完成則結束信號採集，如操作未完成則返回繼續採集處理肌電信號。
權利要求1.一種信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其特徵在於包括信號採集端，包括肌電傳感器、單片機電路、信號發送電路，肌電傳感器產生的輸出信號送至單片機電路，單片機電路對該信號進行處理後再送至信號發送電路，信號發送電路將此信號送至信號接收端；信號接收端，其輸出送至被控制的計算機； 頭箍，可佩戴在頭部，所述信號採集端嵌於頭箍內。
2.根據權利要求1所述的信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其特徵在於 所述肌電傳感器產生的信號經運算放大器放大和濾波器濾波後再接入單片機電路。
3.根據權利要求1所述的信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其特徵在於 所述信號發送電路為藍牙無線發送模塊；所述信號接收端採用USB 口藍牙無線接收裝置。
4.根據權利要求1至3之一所述的信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其特徵在於所述頭箍可調鬆緊度，可根據不同人的需求調佩戴位置和肌電傳感器位置。
5.根據權利要求4所述的信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其特徵在於 所述肌電傳感器處於一可滑動模塊內，可根據不同人的特徵選擇固定位置，以緊貼頭部表面肌肉進行肌電信號的採集。
專利摘要一種信號採集位置可調的頭部肌電控制滑鼠裝置，其特徵在於包括信號採集端，包括肌電傳感器、單片機電路、信號發送電路，肌電傳感器產生的輸出信號送至單片機電路，單片機電路對該信號進行處理後再送至信號發送電路，信號發送電路將此信號送至信號接收端；信號接收端，其輸出送至被控制的計算機；頭箍，可佩戴在頭部，所述信號採集端嵌於頭箍內。利用此裝置可使高位截癱、上肢截肢等上肢運動功能障礙患者能夠通過佩戴該頭箍，利用簡單的咬牙動作實現滑鼠按鍵點擊和滑鼠光標移動功能的控制。
文檔編號G06F3/01GK202142007SQ20112003103
公開日2012年2月8日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者張騰宇, 李立峰, 趙域 申請人:國家康復輔具研究中心