一種電動玩具車的控制系統的製作方法

2023-09-18 21:01:45

專利名稱：一種電動玩具車的控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動玩具車技術領域，尤其涉及一種電動玩具車的控制系統。
背景技術：
隨著科學技術的進步和發展，新型玩具層出不窮，聲光電一體的遙控玩具早已經成為市場的主流，人們在發展傳統玩具產業的同時也在積極拓展新的玩具產業，智能玩具因此成為了各大玩具廠商新的發展目標。相較於傳統智能玩具，腦電控制智能玩具具備先天的巨大優勢。傳統智能玩具需要玩家具備一定的動手能力和理論基礎，這就限定了傳統智能玩具只能是大人或者青年科技愛好者的專屬產品。而腦電控制玩具則不具備以上的限制，並且，腦電控制玩具以其獨特新穎的控制方式得到了少年兒童的喜愛。腦電控制玩具不僅僅是玩具在形式和技術上的一個創新，有幼教專家就表示，其通過腦電來控制玩具的表·現形式，一定程度對培養孩子腦部與手部的協調，以及誘導孩子集中注意力從而在治療「兒童多動症」方面將起到一定的療效。目前，國內家長對玩具在「益智」方面的要求越來越高，腦電玩具的出現，無疑將是引領了新一代玩具產品的趨勢。目前已經出現一種基於腦電控制的尋徑小車，通過採集用戶專注於做某件事時腦電波信號，通過無線傳輸技術傳遞給玩具小車，小車單片機對腦電波信號進行處理，提取其中的特徵信號，並與相應的特定速度值進行匹配，從而實現對小車速度的控制。小車車體上的紅外光電傳感器發射器發射紅外到地圖上，遇到白底黑線則發射信號給接收器，信號接收器再將信號傳送給單片機，單片機處理後控制小車左右電機轉速，實現小車的左右轉彎。現有的腦電控制小車是通過注意力的程度來控制小車的速度，並通過傳感器來尋徑來實現小車的左右轉彎。傳感器來尋徑來實現小車的左右轉彎這就限制了小車只能再某個已經設置好的場景內運行，並且不能人為的去控制小車的左右轉彎，這大大減低了腦電控制小車的遊戲性和趣味性。

實用新型內容為解決現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種一種操作簡、方便，應用範圍廣，娛樂性強，對於兒童注意力和放鬆度的訓練以及多動症的輔助診療效果明顯的電動玩具車的控制系統。為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案—種電動玩具車的控制系統，包括有依次導通連接的電波採集設備、電波信號處理裝置和車輛控制裝置；其中，所述電波採集設備包括有一用於獲取用戶腦電波信號和肌電波信號的電波採集單元、一用於對獲取的腦電波信號和肌電波信號進行過濾放大的信號放大濾波單元，以及一第一通信單元，且所述電波採集單元、信號放大濾波單元和第一通信單元依次導通連接;所述電波信號處理裝置包括有一用於將放大後的腦電波信號和肌電波信號中的高頻信號過濾掉的低通濾波單元、一用於將過濾處理後的腦電波信號和肌電波信號進行分解，得到相應的波段係數數據的分解單元、一用於從腦電波信號和肌電波信號分解出的波段係數數據提取出子帶能量特徵向量的特徵提取單元、一用於將提取出的肌電波信號子帶能量特徵向量進行線性感知分類的感知分類單元、一用於根據獲取的線性感知分類輸出相應控制指令信號的控制信號單元，以及一第二通信單元；所述控制裝置安裝在所述玩具車上，包括有一用於將控制指令信號轉換成相應匹配車速的脈衝調製信號的控制信號調製單元、一用於根據脈衝調製信號對玩具車電機進行控制的電機控制單元以及一第三通信單元，所述電機控制單元和第三通信單元與控制信號調製單元導通連接，所述電機控制單元與所述玩具車的電機導通連接；所述第一通信單元、第二通信單元和第三通信單元依次導通連接。進一步地，所述電波信號處理裝置還包括有一數據處理單元，所述數據處理單元與所述低通濾波單元、信號分解單元、特徵提取單元、感知分類單元、控制信號單元和第二通信單元導通連接，共同配合完成所述腦電波信號和肌電波信號的相應處理。 進一步地，所述電波採集單元為放置在用戶的腦前額處的單通道的乾電極，所述信號放大濾波單元為TGAM晶片。進一步地，所述低通濾波單元為可濾掉50Hz以上高頻信號的低通濾波器，所述感知分類單元為線性感知分類器。進一步地，所述電波信號處理裝置是一安裝有控制系統軟體的PC機，所述數據處理單元、低通濾波單元、信號分解單元、特徵提取單元、感知分類單元、控制信號單元和第二通信單元均設於所述PC機內。進一步地，所述第一通信單元、第二通信單元和第三通信單元為相互匹配的無線藍牙收發器。進一步地，本控制系統還包括有一用於實時拍攝所述玩具車運行狀態的攝像單元，所述攝像單元與所述腦電波信號處理裝置導通連接。進一步地，所述第一通信單元、第二通信單元和第三通信單元為相互匹配的無線藍牙收發器，所述攝像單元為與所述第二通信單元相互匹配的無線攝像機。本實用新型的有益效果是本實用新型通過上述技術方案，所述控制系統通過採集用戶腦電波和肌電波直接檢測用戶實時注意力、放鬆度，以及實現對玩具車的啟動、左/右轉彎和停止等控制，既擺脫了傳統的滑鼠、遙控器等控制器，也不再需要傳感器來限制玩具車實現左右轉彎，限制玩具車的行駛範圍和路徑，操控非常簡單、容易、方便，娛樂性更強，而且應用場合廣泛，如娛樂、教育等領域，對於兒童注意力和放鬆度的訓練以及多動症的輔助診療效果明顯。

圖I是本實用新型實施例所述電動玩具車的控制系統的結構原理框圖；圖2是本實用新型實施例所述控制系統的虛擬操作界面的效果示意圖；圖3是本實用新型實施例所述控制系統的實時視頻操作界面的效果示意圖；圖4是本實用新型實施例所述電動玩具車控制系統的控制方法的流程示意圖；圖5是圖4本實用新型實施例所述控制方法中步驟B的流程示意圖；[0026]圖6是圖5本實用新型實施例所述控制方法中分解處理的原理示意圖；圖7是圖5本實用新型實施例所述控制方法中感知分類的算法流程示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。參見圖I至圖3，本實用新型實施例所述的一種電動玩具車的控制系統，包括有依次導通連接的電波採集設備I、電波信號處理裝置2和車輛控制裝置3。其中，所述電波採集設備I包括有電波採集單元11、信號放大濾波單元12和第一通信單元13，且所述電波採集單元11、信號放大濾波單元12和第一通信單元13依次導通連接，所述電波採集單元11為放置在用戶的腦前額處的單通道的乾電極，主要用於獲取用戶腦電波信號和肌電波信 號，所述信號放大濾波單元12為TGAM晶片，主要用於對獲取的腦電波信號和肌電波信號進行過濾放大；所述電波信號處理裝置2 —安裝有控制系統軟體的PC機，包括有低通濾波單元21、分解單元22、特徵提取單元23、感知分類單元24、控制信號單元25、數據處理單元26和第二通信單元27，所述低通濾波單元21為可濾掉50Hz以上高頻信號的低通濾波器，主要用於將放大後的腦電波信號和肌電波信號中的高頻信號過濾掉，所述分解單元22主要用於將過濾處理後的腦電波信號和肌電波信號進行分解，得到相應的波段係數數據，所述特徵提取單元23主要用於從腦電波信號和肌電波信號分解出的波段係數數據提取出子帶能量特徵向量，所述感知分類單元24為線性感知分類器，主要用於將提取出的肌電波信號子帶能量特徵向量進行線性感知分類，所述控制信號單元25主要用於根據獲取的線性感知分類輸出相應控制指令信號，且所述數據處理單元26與低通濾波單元21、信號分解單元22、特徵提取單元23、感知分類單元24、控制信號單元25和第二通信單元27導通連接，並設於PC機內，共同配合完成腦電波信號和肌電波信號的相應處理；所述控制裝置3安裝在所述玩具車上，包括有控制信號調製單元31、電機控制單元32和第三通信單元33，所述控制信號調製單元31是Arduino控制板，主要用於將控制指令信號轉換成相應匹配車速的脈衝調製信號，所述電機控制單元32主要用於根據脈衝調製信號對玩具車電機進行控制，且所述電機控制單元32和第三通信單元33與控制信號調製單元31導通連接，所述電機控制單元32與玩具車的電機導通連接；所述第一通信單元13、第二通信單元27和第三通信單元33為相互匹配的無線藍牙收發器(如BLK-MD-BC04-B藍牙模塊)，且依次導通連接。另外，本控制系統還包括有一用於實時拍攝所述玩具車運行狀態的攝像單元4，所述攝像單元4為與第二通信單元27相互匹配的無線攝像機，與PC機(電波信號處理裝置)2導通連接，將實時拍攝的玩具車運行狀態數據傳輸至PC機2上，並在監控操作界面28顯示，進行實時視頻監控，同時，監控操作界面28上設有用戶實時專注度信號值和放鬆度信號值的顯示窗口 29，信號值範圍為O 100 ;而且，用戶還可通過操作監控操作界面28上設有的虛擬/實景按鈕20進行虛擬顯示畫面和實時景象顯示畫面的切換，操控靈活，趣味性更強。使用時，首先把電波採集設備I戴在頭上，並將乾電極(電波採集單元)11放置到前額(因為前額產生的肌電波是採集注意力和放鬆度的主要部位)，採集、獲取用戶腦電波信號和肌電波信號，並進行過濾、放大處理後，通過無線藍牙收發器(第一通信單元)13把放大後的腦電波信號和肌電波信號發送至PC機(電波信號處理裝置)2上；然後，PC機對放大後的腦電波信號和肌電波信號依次進行低通濾波、分解、特徵提取、線性感知分類處理，從而建立腦電數據和大腦注意力、放鬆度的對應規律，同時判斷用戶眨眼狀態得出玩具車相應控制指令信號，並通過無線藍牙收發器(第二通信單元)27把控制指令信號發送至車輛控制裝置3上；最後，車輛控制裝置3將該控制指令信號轉換成匹配車速的脈衝控制信號，對所述玩具車的電機進行控制，實現對玩具車的控制。參見圖4至圖7，本實用新型實施例所述的電動玩具車控制系統的控制方法，包括有以下步驟步驟A.採集、獲取用戶腦電波信號和肌電波信號，並進行過濾、放大處理；步驟B.對放大後的腦電波信號和肌電波信號依次進行低通濾波、分解、特徵提取、線性感知分類處理，得到用戶實時注意力和放鬆度，以及玩具車相應控制指令信號；步驟C.將該控制指令信號轉換成匹配車速的脈衝控制信號，對所述玩具車的電機進行控制。其中，所述對放大後的腦電波信號和肌電波信號依次進行低通濾波、分解、特徵提取、線性感知分類處理，得到用戶實時注意力和放鬆度，以及玩具車相應控制指令信號，具體可以為首先，裝載數據後通過低通濾波器將50Hz以上的高頻信號過濾掉；然後分解單元將過濾處理後的腦電波信號和肌電波信號用一維離散小波對過濾好的數據進行6層的分解，得到相應的Delta、Theta、Alpha、Beta節律的波段係數數據；接著特徵提取單元從該波段係數數據提取出腦電波的子帶能量特徵向量，從而建立腦電波數據和大腦注意力、放鬆度的對應規律；再接著線性感知分類器將提取出的肌電波的子帶能量特徵向量進行線性感知分類，識別出用戶眨眼狀態；最後控制信號單元根據獲取的線性感知分類輸出相應控制指令號。所述線性感知分類算法具體可以為首先，初始化一個二維數組W[2] [η]作為運算常量，並從提取出的肌電波子帶能量特徵向量中讀取K個樣本數據到一維數據Χ[2] [η],同時初始化一維距離數據D[2];接著，通過D[i]+ = ff[i][n]XX[i][n]公式計算出每個樣本數據的距離，並將本次樣本數據的距離D[2]和上一個樣本數據的距離D[l]進行對比判斷，當D [I]大於D [2]時，對本次樣本數據進行測試樣本運算，當D [I]小於等於D [2]時，定義W[l] [η]+ =Χ[1] [η]和W[2] [η]- =X[1] [η]，並判斷循環次數是否大於設定次數(如2000次)，當循環次數小於等於設定次數返回讀取下一個樣本數據，重複前述處理，當循環次數大於設定次數進行測試樣本運算；最後根據測試樣本運算公式H[i]+ = ff[i] [n] XX[i] [η]得到本次樣本數據的測試結果，並將本次樣本數據測試結果Η[2]與上一個樣本數據測試結果H[l]進行判斷，當H[l]大於Η[2]時，返回數值「0」，當H[l]小於等於Η[2]時，返回數值「I」；如此循環反覆，完成肌電波子帶能量特徵向量的感知分類，根據該分類結果識別出用戶眨眼狀態。這樣，本實用新型所述控制系統和控制方法通過採集用戶腦電波和肌電波直接檢測用戶實時注意力、放鬆度，以及實現對玩具車的啟動、左/右轉彎和停止等控制，既擺脫了傳統的滑鼠、遙控器等控制器，也不再需要傳感器來限制玩具車實現左右轉彎，限制玩具車的行駛範圍和路徑，操控非常簡單、容易、方便，娛樂性更強，而且應用場合廣泛，如娛樂、教育等領域，對於兒童注意力和放鬆度的訓練以及多動症的輔助診療效果明顯。 以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的 保護範圍。
權利要求1.一種電動玩具車的控制系統，其特徵在於，包括有依次導通連接的電波採集設備(I)、電波信號處理裝置(2 )和車輛控制裝置(3 );其中， 所述電波採集設備(I)包括有一用於獲取用戶腦電波信號和肌電波信號的電波採集單元(11)、一用於對獲取的腦電波信號和肌電波信號進行過濾放大的信號放大濾波單元(12)以及一第一通信單元(13)，且所述電波採集單元(11)、信號放大濾波單元(12)和第一通信單元(13)依次導通連接； 所述電波信號處理裝置(2)包括有一用於將放大後的腦電波信號和肌電波信號中的高頻信號過濾掉的低通濾波單元(21)、一用於將過濾處理後的腦電波信號和肌電波信號進行分解，得到相應的波段係數數據的分解單元(22)、一用於從腦電波信號和肌電波信號分解出的波段係數數據提取出子帶能量特徵向量的特徵提取單元(23 )、一用於將提取出的肌電波信號子帶能量特徵向量進行線性感知分類的感知分類單元(24)、一用於根據獲取的線性感知分類輸出相應控制指令信號的控制信號單元(25)，以及一第二通信單元(27)； 所述控制裝置(3)安裝在所述玩具車上，包括有一用於將控制指令信號轉換成相應匹配車速的脈衝調製信號的控制信號調製單元(31)、一用於根據脈衝調製信號對玩具車電機進行控制的電機控制單元(32)以及一第三通信單元(33)，所述電機控制單元(32)和第三通信單元(33)與控制信號調製單元(31)導通連接，所述電機控制單元(32)與所述玩具車的電機導通連接； 所述第一通信單元(13)、第二通信單元(27 )和第三通信單元(33 )依次導通連接。
2.根據權利要求I所述的控制系統，其特徵在於，所述電波信號處理裝置(2)還包括有一數據處理單元(26)，所述數據處理單元(26)與所述低通濾波單元(21)、信號分解單元(22)、特徵提取單元(23)、感知分類單元(24)、控制信號單元(25)和第二通信單元(27)導通連接，共同配合完成所述腦電波信號和肌電波信號的相應處理。
3.根據權利要求2所述的控制系統，其特徵在於，所述電波採集單元(11)為放置在用戶的腦前額處的單通道的乾電極，所述信號放大濾波單元(12)為TGAM晶片。
4.根據權利要求3所述的控制系統，其特徵在於，所述低通濾波單元(21)為可濾掉50Hz以上高頻信號的低通濾波器，所述感知分類單元(24)為線性感知分類器。
5.根據權利要求2至4中任何一項所述的控制系統，其特徵在於，所述電波信號處理裝置(2)是一安裝有控制系統軟體的PC機，所述數據處理單元(26)、低通濾波單元(21)、信號分解單元(22)、特徵提取單元(23)、感知分類單元(24)、控制信號單元(25)和第二通信單元(27)均設於所述PC機內。
6.根據權利要求I至4中任何一項所述的控制系統，其特徵在於，所述第一通信單元(13)、第二通信單元(27)和第三通信單元(33)為相互匹配的無線藍牙收發器。
7.根據權利要求6所述的控制系統,其特徵在於,本控制系統還包括有一用於實時拍攝所述玩具車運行狀態的攝像單元(4 )，所述攝像單元(4 )與所述腦電波信號處理裝置(2 )導通連接。
8.根據權利要求7所述的控制系統，其特徵在於，所述第一通信單元(13)、第二通信單元(27)和第三通信單元(33)為相互匹配的無線藍牙收發器，所述攝像單元(4)為與所述第二通信單元(27)相互匹配的無線攝像機。
專利摘要本實用新型涉及一種電動玩具車的控制系統，包括有一用於採集、獲取用戶腦電波信號和肌電波信號，並進行過濾、放大處理的電波採集設備，一用於對放大後的腦電波信號和肌電波信號進行低通濾波、分解、特徵提取、線性感知分類處理，得到相應控制指令信號的電波信號處理裝置，一將該控制指令信號轉換成匹配車速的脈衝控制信號，對玩具車的電機進行控制的車輛控制裝置，並通過其上設有的無線藍牙收發器依次導通連接。這樣，通過採集用戶腦電波和肌電波直接檢測實時注意力、放鬆度和玩具車的控制，擺脫了傳統的滑鼠、遙控器等控制器，操控簡單、方便，娛樂性強，且應用廣範，對於兒童注意力和放鬆度的訓練和多動症的輔助診療效果明顯。
文檔編號A61B5/0476GK202762092SQ201220317188
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者陳東偉, 吳方, 韓娜, 黃家良, 韋逸成, 林煥楊 申請人:北京理工大學珠海學院