[发明专利]基于眼动平滑追踪和引导力场的机器人辅助手眼协调训练系统

权利要求书

1.一种基于眼动平滑追踪和引导力场的机器人辅助手眼协调训练系统，用于辅助用户使用上肢康复机器人的机器人手柄进行康复训练，其特征在于，包括虚拟交互场景模块、眼动平滑追踪检测模块、机器人辅助拦截模块以及撞击力渲染模块，其中：

所述的虚拟交互场景模块，能够生成用于手眼协调训练的虚拟交互场景；所述的虚拟交互场景中具有能够向用户提供视觉运动刺激的虚拟运动物体以及与机器人手柄运动情况相匹配的手柄虚拟代理；

所述的眼动平滑追踪检测模块，通过采集用户追踪虚拟交互场景中虚拟运动物体时的眼动信号来计算出用户的眼动角速度，并根据所计算出的眼动角速度对眼动事件进行分类，从而检测出眼动平滑追踪事件，并将所检测到的眼动平滑追踪事件传输至机器人辅助拦截模块；

所述的机器人辅助拦截模块，通过眼动平滑追踪检测模块所检测出的眼动平滑追踪事件来估计虚拟交互场景中虚拟运动物体的运动方向，并生成拦截引导力场，以产生辅助力辅助用户推动机器人手柄；

所述的撞击力渲染模块，通过采集机器人手柄的运动学信息来获取手柄虚拟代理在虚拟交互场景中的位置，进而通过比对虚拟交互场景中虚拟运动物体的位置、手柄虚拟代理的位置来判断手柄虚拟代理是否与虚拟运动物体碰撞；当判断结果表明手柄虚拟代理成功拦截虚拟运动物体时，通过计算手柄虚拟代理与虚拟运动物体碰撞时产生的撞击力来向用户手部施加与撞击力匹配的反馈力。

2.根据权利要求1所述的基于眼动平滑追踪和引导力场的机器人辅助手眼协调训练系统，其特征在于，所述的眼动平滑追踪检测模块包括眼动信号采集模块、眼动信号的预处理模块、眼动角速度计算模块以及眼动事件分类模块，其中：

所述的眼动信号采集模块，用于实时采集用户的眼动信号并传输至眼动信号的预处理模块；

所述的眼动信号的预处理用于剔除眼动信号采集模块所传输来的眼动信号中的无效信号并进行滤波去噪处理；

所述的眼动角速度计算模块能够根据眼动信号计算眼动角速度；眼动角速度ω的计算公式如下：

其中，(x_i,y_i)为当前采样点坐标，(x_i-1,y_i-1)为上一个采样点坐标，a为显示界面的宽度，b为显示界面的高度，l为用户眼睛到显示界面的垂直距离；t为眼动信号的采样周期；

眼动事件分类模块，基于IVVT分类法构建，能够根据眼动角速度对用户眼动事件进行分类，以检测出用户眼动事件中的眼动平滑追踪事件。

3.根据权利要求2所述的基于眼动平滑追踪和引导力场的机器人辅助手眼协调训练系统，其特征在于，所述的眼动信号采集模块采用眼动仪对用户眼动信号进行采集。

4.根据权利要求3所述的基于眼动平滑追踪和引导力场的机器人辅助手眼协调训练系统，其特征在于，所述的眼动事件分类模块中预设有两个速度阈值ω_{th_fix}、ω_{th_sac}；当眼动角速度计算模块计算出当前采样点的眼动角速度ω满足ω_{th_fix}＜ω＜ω_{th_sac}时，则将当前采样点标记为平滑追踪。