基本信息
- 项目名称：
- 基于手部动作感应的肢体障碍患者自理服务平台
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 该系统分为手部动作感应端，无线通信接收端，交互式平台三大部分。 手部动作感应端利用MEMS加速度传感器进行动作采集，运用推导出的瞬时倾角公式和自定义的手势指令集，得出手势动作。无线MCU进行手势编码并将指令无线传输至接收端。 平台应用程序利用WPF技术进行开发，配合手势指令，患者能够轻松自如地使用各种服务，同时可享受一种全新的交互体验。
- 详细介绍：
- 开发背景： 近几年，虽然我国医疗条件在不断改善，但是仍然存在众多肢体障碍患者，他们精神需求无法得到满足，容易意志消沉，丧失对生活的信心。为了提升自理能力，从而更好的生活学习，休闲娱乐。因此项目小组开发了手部动作感应自理服务平台。 系统介绍： 手部动作感应端: 手部动作感应端利用MEMS加速度传感器进行动作采集，运用推导出的瞬时倾角公式和自定义的手势指令集，得出手势动作。 无线通信接收端： MCU进行手势编码并将指令无线传输至接收端。 交互式平台： 平台应用程序利用WPF技术进行开发，配合手势指令，患者能够轻松自如地使用各种服务，同时可享受一种全新的交互体验。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品设计发明目的: 近几年，虽然我国医疗条件在不断改善，但是仍然存在众多肢体障碍患者，他们精神需求无法得到满足.为了提升自理能力,从而更好的生活学习，休闲娱乐。 2.基本思路: 该平台为患者提供诸如手势阅读电子书,手势播放音/视频,手势呼救,手势远程聊天,手势玩游戏等服务。患者可通过单/双手的动作对交互式平台进行操作,其主要实现方式如下: (1)采用MEMS三轴加速度传感器采集手指的运动数据并作算法处理 从而得到对应的手势标识； (2)不同应用程序通过平台可直接连到手势控制端，使用NRF24L01无线模块将手势标识传输给交互式平台； (3)集成在交互式平台上的应用程序响应手势标识，提供相应服务。 3.创新点: (1)通过双手佩戴MEMS加速度传感器实现了复杂手势动作的组合； (2)利用自行设计动作感应算法分析手指运动数据，得出手势标识； (3)交互式平台设计基于面向服务架构体系。 (4)平台预留接口可供二次开发，根据患者使用习惯，定制相应个性化的服务。 4.技术关键： (1)采用加速度传感器采集数据并进行算法设计分析； (2)NRF24L01模块对动作感应端发送的数据进行可靠的无线传输； (3)交互式平台采用Microsoft新一代界面呈现技术WPF和C#混合编程实现对应用程序的编写 5.主要技术指标： 1.加速度传感器精度为0.8v/g; 2.NRF24L01空中传输速率为2Mbps，2.4GHz；
科学性、先进性
- 作品的科学性： 本作品根据实际需求，将现代通信与信息处理技术，计算机控制技术与程序设计等相结合，帮助了肢体障碍患者生活部分自理。在系统的制作过程中，我们广泛调研考察并与研究人员进行交流，对数字控制电路进行了仿真验证，合理分配电路板空间；考虑应用到医院等特殊场合，选用了低功耗的无线芯片，从而降低了对人体的电磁辐射干扰，使用时间更持久。 作品的先进性: 由于国内还没有将类似设备应用于肢体障碍患者自理服务的案例，因此本平台具有一定创新性，填补了相应领域的空白；通过两个MEMS加速度传感器相互配合，提高了数据精确度，同时也增加了手势的选择性和灵活性；利用动作感应使得人机交互相比鼠标键盘更加便捷自然；系统架构面向服务，开放性强。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品在西安电子科技大学第22届“星火杯”中获得校特等奖. 该作品在第二届通信工程学院“京信杯”电子设计大赛中获得一等奖.
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 暂未进行转让
作品可展示的形式
- 实物.产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明： 肢体障碍患者佩戴上手部动作感应端后，便可通过双手在空中划出相应手势，使应用程序作出不同响应，实现与软件平台的交互。 2.技术特点和优势： 加速度传感器精度高；无线传输模块功耗低；预留编程接口，易于扩展；交互式平台综合性强；操作简便。 3.适应范围与推广前景： 该系统使用范围广，功能较为全面，可以很好的为肢体障碍患者服务，以便更快乐地度过康复期，其单双手模式的切换操作可以适用于不同程度的肢体障碍患者。同时，顺应如今体感控制的潮流，本系统可以给除患者以外的人群带来各种新奇的人机交互体验，它可以拓展为无线空中鼠标，无线驾驶手套，此外还可以运用在游戏系统中，使人们摆脱键盘的束缚，在运动中健身，活动身心，拓展性较强，应用范围广。 4.市场分析和经济效益预测： 越来越多的科研机构开始研究如何让生活更加人性化、智能化,但面对肢体障碍患者的自理服务平台却几乎是个空白.所以本系统故而可以产生较大的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 国内已存在一些基于MEMS技术的产品，比如中科院自动化所吴健康教授主持研发了国内第一个基于微型传感器的便携式人体健康监护系统，并提出了“有情景动态诊疗”概念，但是此系统并不适用于肢体障碍患者的精神疗养。同时也有部分高校和科研院所以及技术爱好者如北大附中张骁懿开发出手势识别控制技术，但是他们这些也都仅仅停留在简单的浏览器控制上，技术不成熟，没有适合人群与市场潜力。而我们的作品采用双手动作感应，大大增加了灵活性，使患者能够更直接的操作交互式平台，同时平台提供了丰富的应用程序，满足了大部分肢体障碍患者的精神需求。 国外消费类设备供应商在其产品线中都添加了3-D手势识别功能。Apple公司在07年为iphone添加了MEMS加速度计；Google也给Android OS Gingerbread 操作系统添加了MEMS手势识别应用程序界面；InvenSense公司在国际消费电子展上展出的运动处理数据库是首批使用3-D手势识别的电视遥控器及智能电话；华裔教授罗伯特•王（Robert Wang）和他的团队也已研发出手势识别技术… 然而国外的这些产品都主要应用于消费电子类，虽然部分已经进入市场，但其成本还是比较高，某些采用光学识别的设备精确度和灵敏度不够，而且由于中国医疗保障制度与国外差距较大，大部分患者无法承担昂贵的设备费用，对于肢体障碍患者来说，实用性较差，难以大范围的推广。 因此本系统采用MEMS加速度传感器创造性地为肢体障碍患者提供了自理服务平台，并可轻易地拓展到其他应用领域，成本低廉，操作简便，在同行业中具有较强的创新和竞争力，将对关爱残疾人和推动新一代人机交互体验等方面起到很大的作用。
