作品構(gòu)思

手是人們身體非常重要的部分，靈巧的手能夠完成各種精細(xì)的操作，方便工作和學(xué)習(xí)。同時，活動受限的手給我們帶來很多困擾。最近幾年，85%的學(xué)生因?yàn)閼敉饣顒?、體育課以及極限運(yùn)動而受傷，如手部骨折、扭傷等。還有許多頻繁使用手來工作的人，如社團(tuán)楊老師因?yàn)殚L時間使用電腦引發(fā)手腕肌肉勞損入院治療并進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

在研究文獻(xiàn)中，我們注意到科技在康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用正逐漸增多，康復(fù)公司和醫(yī)院也開始推出相關(guān)產(chǎn)品，如康復(fù)書籍的數(shù)字化閱讀。我的爸爸作為一名運(yùn)動協(xié)會的工作者兼中醫(yī)，經(jīng)常為運(yùn)動損傷患者提供康復(fù)治療。與他交流發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前研究缺乏一種不需要額外穿戴設(shè)備的主動康復(fù)訓(xùn)練工具。為了彌補(bǔ)這一缺陷，我們設(shè)計(jì)了一款創(chuàng)新的產(chǎn)品，旨在提供一種新型的康復(fù)訓(xùn)練解決方案。

項(xiàng)目制作過程

首先，我們前往康復(fù)產(chǎn)品研發(fā)公司進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。通過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目在市場上目前還沒有形成有效的產(chǎn)品，可行性很高。

其次，我們確定產(chǎn)品的最終功能是既能協(xié)助患者在家練習(xí)，又能實(shí)時監(jiān)測患者的手勢和準(zhǔn)確率，提高效率，還可以判斷動作是否標(biāo)準(zhǔn)，并指出錯誤。這款手部康復(fù)儀費(fèi)用較低，并且容易操作。

最后，我們設(shè)計(jì)手部動作評分。完成手部動作評分需要借助人工智能算法，通過檢測實(shí)時圖像中手指各個關(guān)節(jié)的空間位置，來判斷手部各關(guān)節(jié)的活動角度，這一步的檢測工作被稱為手部關(guān)鍵點(diǎn)檢測。

手勢初級練習(xí)共6個動作，對于需要判斷關(guān)節(jié)角度的動作，我們通過數(shù)學(xué)方法，根據(jù)三個關(guān)鍵點(diǎn)之間的位置關(guān)系來計(jì)算關(guān)節(jié)角度；對需要判斷距離的算法，我們對手掌寬度進(jìn)行歸一化來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化距離的測定。在得到角度信息和距離信息后，我們通過提供的評分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的線性函數(shù)計(jì)算分?jǐn)?shù)。

高級練習(xí)與初級練習(xí)部分不同，用戶不僅需要完成相應(yīng)的動作，還需要注意動作的節(jié)奏與示例視頻中的動作相匹配，即在時間上保持動作的一致性，因此，除了設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)角度的計(jì)算方法外，還需要設(shè)計(jì)動作時序匹配的算法。

經(jīng)過4個月的設(shè)計(jì)與制作，終于迎來了最后的實(shí)際測試，我們邀請很多醫(yī)生朋友以及家里長輩作為測試對象，最終完成了這個作品的測試。

創(chuàng)新點(diǎn)

（1）手部康復(fù)儀提供初級和高級練習(xí)，該訓(xùn)練器能夠適應(yīng)用戶康復(fù)過程中的進(jìn)步，同時保持挑戰(zhàn)性。

（2）手部康復(fù)保健儀通過攝像頭捕捉用戶的畫面并實(shí)時顯示在系統(tǒng)界面當(dāng)中，這與患者對著鏡子進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的效果是類似的，并能及時給出評價(jià)，方便患者了解自己的訓(xùn)練效果并及時改進(jìn)自己的動作。

功能展示

此項(xiàng)目主要解決手部損傷后的康復(fù)訓(xùn)練。功能展示如下。

（1）此系統(tǒng)主要通過攝像頭采集手勢視頻信息，利用mediapipe算法識別出動作的準(zhǔn)確性。

（2）采用壓力傳感器進(jìn)行抗阻力的訓(xùn)練。