一種面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統的製作方法

2023-05-24 10:38:41

本發明涉及虛擬實境技術領域，具體地，涉及一種面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統。

背景技術：

害羞兒童在社會情景中會感到焦慮和緊張，因而缺乏與他人的互動，同時也容易受到同伴的忽視。為了幫助害羞兒童更好發展，獲得必要的社會技能，有必要對之進行幹預。目前的害羞兒童社會技能訓練主要由專門人員進行，這需要投入大量的人力物力。這種訓練需要專人負責，投入費用大，其效果評價主要基於專門人員的主觀感受，評價主觀性大，並不能客觀反映訓練效果，從而會影響到後續幹預的進行。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統，包括頭盔、眼鏡架、主控板、顯示屏、頭盔固定綁帶，所述頭盔固定綁帶通過綁帶固定環與頭盔連接，所述主控板、眼鏡架安裝於頭盔內，主控板固定於頭盔內前側，所述顯示屏通過螺柱固定於主控板上，所述眼鏡架設於顯示屏後側，所述頭盔上側設有電極固定綁帶，所述電極固定綁帶內側附著有腦電波檢測電極，所述頭盔上端設有卡槽，所述電極固定綁帶通過設於其下端的插卡部與所述卡槽固定連接，所述頭盔固定綁帶、電極固定綁帶分別固定在腦後，使頭盔佩戴穩定且腦電波檢測電極貼緊前額。腦電波檢測電極可以採集參與訓練人員的腦電波，腦電波數據傳送至主控板可以分析出注意力信息。

優選的，所述眼鏡架上固定有多個紅外光發生器、多個攝像頭、2個鏡片、顯示罩，所述眼鏡架設有左右兩個鏡片安裝孔，2個鏡片分別固定安裝於所述鏡片安裝孔，紅外光發生器、攝像頭分別安裝於兩個鏡片安裝孔外側，朝向佩戴者眼睛，所述顯示罩設於鏡片安裝孔與顯示屏之間。紅外光發射器發射紅外光到參與訓練的人員眼睛，攝像頭捕捉測試者的眼動軌跡並將數據發送給主控板，從而實現視線追蹤。

優選的，為了實現調焦功能，所述眼鏡架通過可調節裝置與頭盔配合連接，所述頭盔內側壁上設有導槽，所述眼鏡架外側設有與導槽相配合的凸耳，所述眼鏡架沿導槽可在頭盔內進出移動。

優選的，所述可調節裝置包括相互配合的渦輪蝸杆機構、齒輪齒條機構，所述渦輪蝸杆機構包括蝸杆、渦輪、蝸輪軸，所述齒輪齒條機構包括支撐座、齒輪、齒條，所述渦輪共軸固定於渦輪軸中部，渦輪軸兩端分別設有支承座、齒輪，所述支承座與頭盔固定連接，所述渦杆上設有與渦輪相配合的螺旋線，所述蝸杆的一端通過設於頭盔上的調節旋鈕孔露出，所述齒條固定於眼鏡架底部，與齒輪相配合連接，轉動蝸杆時，渦輪帶動渦輪軸及齒輪在支撐座限制下旋轉，使齒輪與齒條發生相對位移，由齒條帶動眼鏡架在頭盔內進出移動。

優選的，所述通過調節旋鈕孔露出的蝸杆端的端頭設有一字或十字凹槽。使用時，根據佩戴效果，通過外部一字或十字螺絲刀調整蝸杆，由蝸杆驅動渦輪轉動，進而帶動齒輪一起轉動，驅動齒條作直線運動。由於齒條和眼鏡架固定在一起，這樣便能驅動眼鏡架沿著導槽移動，從而改變顯示屏在顯示罩內的位置，進而達到調焦功能。由於蝸杆和渦輪的自鎖作用，焦距調整完畢後不會出現鬆動情況。

優選的，所述頭盔外側設有充電插孔、USB接口、音頻接口。充電插孔用於給該頭戴終端系統充電用，USB接口用於下載遊戲程序以及備份數據、擴展外圍設備，音頻接口與外接耳麥連接實現音頻輸入輸出。

優選的，所述頭盔後側邊沿外設有海綿墊，以提高佩戴舒適性。

優選的，所述主控板上集成有陀螺儀和加速度傳感器，用於監測佩戴者位移、運動情況，實現運動姿態估計功能。

優選的，所述主控板上集成有嵌入式控制中心電路，所述嵌入式控制中心電路分別與腦電波檢測電極、陀螺儀、加速度傳感器、攝像頭、音頻接口、充電接口、USB接口連接，該系統中所有的信號採集與輸出均通過嵌入式控制中心電路處理完成。

優選的，所述面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統，包括互動遊戲庫、評價系統，所述互動遊戲庫包括眼神交流訓練、自我介紹訓練、同步互動訓練、情緒管理訓練、問題解決訓練五個互動遊戲，所述評價系統包括語音識別、視線追蹤、運動姿態估計、注意力檢測及其他生理數據為依據評價訓練效果的評價子系統，所述五個互動遊戲庫各自集成了不同難度等級的具體遊戲內容，訓練合格與否的評價依據為通過語音識別、視線追蹤、運動姿態估計、注意力檢測採集到的生理數據，當受訓兒童無法通過某次訓練時，系統會自動降低遊戲難度；語音識別通過外接耳麥連到音頻接口實現；運動姿態估計通過集成在主控板上的陀螺儀和加速度傳感器對參與訓練的人進行感知；嵌入式控制中心電路根據遊戲內容以及採集到的參與訓練人員的實時生理數據生成對應的遊戲畫面輸出給顯示屏；人眼通過鏡片觀看顯示屏可以產生沉浸式體驗；通過USB接口，用戶可以外接其他生理採集傳感器，這樣便可以獲得更豐富的數據。

優選的，所述眼神交流訓練具體包括如下步驟：

S11.通過系統內置不同面孔的卡通人物形象，隨機選擇或指定人物形象後，系統會通過顯示屏以及語音方式提示兒童進行眼神交流；

S12.當與卡通形象的眼神交流達到一定時間以後，認為訓練達標；

S13.當兒童無法有效進行眼神交流時，卡通人物會用不同方式進行提示，直到受訓兒童完成訓練或降低遊戲難度為止；

S14.眼神訓練完成後卡通人物會通過虛擬化形式對兒童進行表揚。

優選的，所述自我介紹訓練具體包括如下步驟：

S21.系統首先會通過卡通人物進行自我介紹的方式演示，而後受訓兒童選擇自己喜歡的卡通人物並與之對話；

S22.主要由卡通人物進行引導提問，讓受訓兒童做相應自我介紹；

S23.自我介紹訓練達標後卡通人物會通過虛擬化形式對兒童進行表揚。

優選的，所述同伴互動訓練具體包括如下步驟：

S31.在系統內置的多種同伴互動場景中選擇場景；

S32.系統首先進行演示，引出或提及要做的事情；

S33.受訓兒童根據系統要求完成對應的任務；

S34.同步互動訓練合格後卡通人物會通過虛擬化形式對兒童進行表揚。

優選的，所述情緒管理訓練具體包括如下步驟：

S41.系統內置情緒表達和情緒調節兩大模塊，主要針對喜怒哀樂懼五大情緒；

S42.情緒表達通過展示表情圖片並通過虛擬老師詢問受訓兒童完成；

S43.情緒調節參考心理學相關情緒課程，選擇兒童易於掌握的情緒調節方式進行引導教學，如腹式呼吸等；

S44.情緒管理訓練合格後虛擬老師會進行適當激勵。

優選的，所述問題解決訓練具體包括如下步驟：

S51.在系統內置的多種問題解決場景中選擇場景；

S52.受訓兒童在選擇的場景下完成特定的任務，同時系統實時檢測受訓兒童的生理數據變化；

S53.系統根據生理數據變化情況，給予受訓兒童正確的提示和引導，提高受訓兒童的社會技能。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明的面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統，通過腦電波檢測電極、紅外光發射器、攝像頭等設置，利用集成了陀螺儀和加速度傳感器、嵌入式控制中心電路的智能化主控板，在優化結構設計的基礎上，採取互動遊戲庫、評價系統相結合的方式，以檢測到的受訓兒童的生理數據為依據評價訓練效果，無需專門人員陪同且不限場地，可以更加客觀反映訓練水平，提高訓練質量，具有訓練方式簡單、訓練項目科學、評價依據客觀、可沉浸式體驗等優點，有利於提高兒童受訓的積極性和科學性。

附圖說明

圖1為本發明實施例的整體結構示意圖；

圖2為本發明實施例的爆炸結構示意圖；

圖3為本發明實施例的頭盔結構示意圖；

圖4為本發明實施例的調焦原理示意圖；

圖5為本發明實施例的調焦原理局部示意圖；

圖6為本發明實施例的電路原理圖；

圖7為本發明實施例的系統工作流程示意圖；

其中：1.頭盔，2.紅外光發射器，3.攝像頭，4.支承座，5.蝸輪軸，6.蝸杆，7.齒輪，8.，齒條，9.眼鏡架，10.渦輪，11.螺柱，12.OLED顯示屏，13.腦電波檢測電極，14.電極固定綁帶，15.海綿墊，16.頭盔固定綁帶，17.鏡片，18.主控板，19.顯示罩，101.導槽，102.調節旋鈕孔，103.綁帶固定環，104.DC充電插孔，105.USB3.0接口Ⅰ，106.卡槽，107.USB3.0接口Ⅱ，108.音頻接口。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統，內置眼神交流訓練、自我介紹訓練、同步互動訓練、情緒管理訓練、問題解決訓練五大互動遊戲，並以語音識別、視線追蹤、運動姿態估計、注意力檢測這些生理數據為依據評價訓練效果，可以更加客觀反映訓練水平，提高訓練質量。本系統針對害羞兒童社會技能訓練，具有訓練方式簡單、訓練項目科學、評價依據客觀、可沉浸式體驗等優點。該面向害羞兒童社會技能訓練的頭戴終端系統包括頭盔1、眼鏡架9、主控板18、OLED顯示屏12、頭盔固定綁帶16，所述頭盔固定綁帶16通過綁帶固定環103與頭盔1連接，所述主控板18、眼鏡架9安裝於頭盔1內，主控板18固定於頭盔1內前側，所述OLED顯示屏12通過螺柱11固定於主控板18上，所述眼鏡架9設於OLED顯示屏後側，所述頭盔1上側設有電極固定綁帶14，所述電極固定綁帶14內側附著有腦電波檢測電極13，所述頭盔1上端設有卡槽106，所述電極固定綁帶14通過設於其下端的插卡部與所述卡槽106固定連接，所述頭盔固定綁帶16、電極固定綁帶14分別固定在腦後，使頭盔1佩戴穩定且腦電波檢測電極13貼緊前額。頭盔1結構包含有導槽101、調節旋鈕孔102、綁帶固定環103、DC充電插孔104、USB3.0接口Ⅰ105、卡槽106，USB3.0接口Ⅱ107以及音頻接口108。DC充電插孔104用於給該頭戴終端系統充電用，USB3.0接口Ⅰ105用於下載遊戲程序以及備份數據，USB3.0接口Ⅱ107作為備用，用於擴展外圍設備用。音頻接口108為3.5mm四段式插口，使用時需外接耳麥，以便聽取遊戲聲音並與回答相應問題。

眼鏡架9上固定有12個紅外光發生器2,4個攝像頭3，2個鏡片17以及2個顯示罩19。眼鏡架9沿著導槽101安裝在頭盔1內部。

OLED顯示屏12通過螺柱11固定在主控板18上，主控板18上集成有嵌入式控制中心，陀螺儀和加速度傳感器。主控板18固定在頭盔1內部。

蝸杆6和渦輪10組成渦輪蝸杆機構，齒輪7和齒條8組成齒輪齒條機構，渦輪軸5兩端通過支承座4支承。齒條8和眼鏡架9固連在一起，蝸杆6的一端通過調節旋鈕孔102露出。

電極固定綁帶14一端固定在卡槽106上，其上附著有3個腦電波檢測電極13。頭盔固定綁帶16固定在綁帶固定環103上。海綿墊15主要為了提高佩戴舒適性。佩戴頭盔時，需要將電極固定綁帶14和頭盔固定綁帶16分別固定在腦後，保證頭盔固定牢固並且腦電波檢測電極13貼緊前額，以便採集腦電波信號。

為了實現調焦功能，由蝸杆6和渦輪10以及蝸輪軸5組成的渦輪蝸杆機構以及由支撐座4、齒輪7、齒條8組成的齒輪齒條機構共同配合實現調焦功能。蝸杆6的一端通過調節旋鈕孔102露出，齒條8和眼鏡架9固連在一起，渦輪軸5中間固定有渦輪10，兩側分別是一對支承座4和齒輪7。使用時，根據佩戴效果，通過外部一字螺絲刀調整蝸杆6，由蝸杆6驅動渦輪10轉動，進而帶動齒輪7一起轉動，驅動齒條8作直線運動。由於齒條8和眼鏡架9固定在一起，這樣便能驅動眼鏡架9沿著導槽101移動，從而改變OLED顯示屏12在顯示罩19內的位置，進而達到調焦功能。由於蝸杆6和渦輪10的自鎖作用，焦距調整完畢後不會出現鬆動情況。

參照圖6所示，系統控制部分由嵌入式控制中心以及語音識別、視線追蹤、運動姿態估計、注意力檢測、顯示模塊組成。

嵌入式控制中心電路集成在主控板18上，主控板18同時集成有陀螺儀和加速度傳感器。

語音識別通過外接耳麥連到音頻接口108實現。音頻接口108為3.5mm四段式插口，通過使用外接耳麥可以實現聲音的播放以及語音的識別。

紅外光發射器2發射紅外光到參與訓練的人員眼睛上，攝像頭3可以捕捉測試者的眼動軌跡並將數據發送給嵌入式控制中心，從而實現視線追蹤。

運動姿態估計通過集成在主控板18上的陀螺儀和加速度傳感器對參與訓練的人進行感知。

電極13可以採集參與訓練人員的腦電波，腦電波數據傳送至嵌入式控制中心可以分析出注意力信息。

嵌入式控制中心根據遊戲內容以及採集到的參與訓練人員的實時生理數據生成對應的遊戲畫面輸出給OLED顯示屏12。人眼通過鏡片17觀看OLED顯示屏12可以產生沉浸式體驗。

該系統中所有的信號採集與輸出均通過嵌入式控制中心處理完成。

USB3.0接口Ⅰ105用於下載遊戲程序以及備份數據。通過USB3.0接口Ⅱ107，用戶可以外接其他生理採集傳感器，這樣便可以獲得更豐富的數據。

使用該系統時，參與訓練的兒童通過需要將該頭戴終端系統佩戴在頭部。佩戴時需要將頭盔固定綁帶16和電極固定綁帶14固定在腦後，保證頭盔佩戴穩定且腦電波檢測電極13貼緊前額。同時需要將外接耳麥接入音頻接口108。

使用時，根據佩戴效果，通過外部一字螺絲刀調整蝸杆6，由蝸杆6驅動渦輪10轉動，進而帶動齒輪7一起轉動，從而驅動齒條8作直線運動。由於齒條8和眼鏡架9固定在一起，這樣便能驅動眼鏡架9沿著導槽101移動，從而改變OLED顯示屏12在顯示罩19內的位置，進而達到調焦功能。由於蝸杆6和渦輪10的自鎖作用，焦距調整完畢後不會出現鬆動情況。

參照圖7所示，該頭戴終端系統內置五種類型的互動遊戲庫，包括眼神交流、自我介紹、同伴互動、情緒管理、問題解決。這五大互動遊戲庫各自集成了不同難度等級的具體遊戲內容，訓練合格與否的評價依據為通過語音識別、視線追蹤、運動姿態估計、注意力檢測採集到的生理數據，當受訓兒童無法通過某次訓練時，系統會自動降低遊戲難度。

眼神交流。系統內置不同面孔的卡通人物形象，隨機選擇或指定人物形象後，系統會通過OLED顯示屏12以及語音方式提示兒童進行眼神交流。當與卡通形象的眼神交流達到一定時間以後，認為訓練達標。當兒童無法有效進行眼神交流時，卡通人物會用不同方式進行提示，直到受訓兒童完成訓練或降低遊戲難度為止。眼神訓練完成後卡通人物會通過虛擬化形式對兒童進行表揚。

自我介紹。系統首先會通過卡通人物進行自我介紹的方式演示，而後受訓兒童選擇自己喜歡的卡通人物並與之對話。這個階段主要由卡通人物進行引導提問，讓受訓兒童做相應自我介紹。自我介紹訓練達標後卡通人物會通過虛擬化形式對兒童進行表揚。

同伴互動。系統內置多種同伴互動場景，選擇場景後系統首先會進行演示，引出或提及要做的事情，受訓兒童需要完成對應的任務。同步互動訓練合格後卡通人物會通過虛擬化形式對兒童進行表揚。

情緒管理。系統內置情緒表達和情緒調節兩大模塊，主要針對喜怒哀樂懼五大情緒。情緒表達可以通過展示表情圖片並通過虛擬老師詢問受訓兒童完成。情緒調節參考心理學相關情緒課程，選擇兒童易於掌握的情緒調節方式進行引導教學，如腹式呼吸等。情緒管理訓練合格後虛擬老師會進行適當激勵。

問題解決。系統內置多種問題解決場景，受訓兒童需要在該場景下完成特定的任務，同時系統會實時檢測受訓兒童的生理數據變化以便給予正確的提示和引導，提高受訓兒童的社會技能。

需要說明的是，這裡，音頻接口108用於連接耳麥，可以將其替換為無線耳麥連接模式。通過USB3.0接口Ⅱ107，用戶可以自行擴展外部設備，比如手寫板等，以完成更豐富的功能。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。