智能手語翻譯手套的創(chuàng)新設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：本項(xiàng)目針對非聾啞人士與聾啞人士之間的交流障礙問題，設(shè)計了一款多功能手語翻譯手套。該手套以Arduino Mega 2560單片機(jī)為核心，輔以RF-nano、ESP8266等模塊，結(jié)合彎曲度傳感器、手勢識別傳感器、MPU6050陀螺儀、脈搏心率傳感器、GPS定位模塊、A9G模塊和OLED顯示屏等，將手指彎曲情況和手掌移動情況與數(shù)據(jù)庫對比，識別手語動作含義，并通過SYN6288語音模塊實(shí)現(xiàn)語音播報，同時將手語表達(dá)的含義顯示在上位機(jī)軟件。此外，手套還可控制日常生活中簡單的家用電器，實(shí)現(xiàn)簡易版“智能家居”功能。本項(xiàng)目旨在提高聾啞人士的生活質(zhì)量，促使其更好地融入社會。

關(guān)鍵詞：手語翻譯手套；手勢識別；手語數(shù)據(jù)庫；個性化翻譯

1 作品介紹

隨著構(gòu)建和諧社會步伐的加快，作為弱勢群體的聾啞人越來越受到社會各界的關(guān)注，非聾啞人士與聾啞人士之間的交流障礙問題也越來越受到重視。在我國，聽力語言殘疾位居視力殘疾、肢殘、智殘、精神殘疾等五大殘疾之首，患者總數(shù)達(dá)2 780萬人。大部分聾啞人士依賴手語進(jìn)行交流，長期以來面臨溝通機(jī)會受限的問題，在情感表達(dá)和日常交流方面存在較大困難，同時在日常生活與工作中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目是一款無線多功能手語翻譯手套，旨在利用科技力量解決聾啞人士與健聽人士之間的交流障礙。該產(chǎn)品兼具手語教學(xué)輔助功能，有助于提升社會對特殊群體的服務(wù)水平，消除聽障人士與其他社會成員之間的隔閡，促進(jìn)聽障人士更好地融入社會，使其能夠充分享受信息化時代科技進(jìn)步帶來的便利生活?；谶@一需求，我們設(shè)計了一款多功能手語翻譯手套。該產(chǎn)品秉承實(shí)用化、智能化和人性化的設(shè)計理念，集成了多項(xiàng)實(shí)用功能。本產(chǎn)品的工作原理如下：首先，在手套的各個手指上安裝彎曲度傳感器、手勢識別傳感器和MPU6050傳感器，通過檢測手指彎曲程度和手掌移動軌跡來識別手部姿態(tài)。隨后，系統(tǒng)將采集到的手勢數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行綜合比對分析，自動識別出對應(yīng)的手語含義。識別結(jié)果可通過SYN6288語音模塊進(jìn)行實(shí)時播報，同時在上位機(jī)軟件上同步顯示，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時手語翻譯功能。

此外，該產(chǎn)品還可作為手語教學(xué)輔助工具，幫助用戶練習(xí)正確的手語姿勢。產(chǎn)品還集成了多項(xiàng)實(shí)用功能，包括控制家用電器、撥打電話、實(shí)時查詢天氣和時間、監(jiān)測心率、GPS定位等。為適應(yīng)不同需求，系統(tǒng)支持根據(jù)地區(qū)差異、用戶群體特征和應(yīng)用場景特點(diǎn)，對手語數(shù)據(jù)庫和翻譯規(guī)則進(jìn)行個性化定制。

產(chǎn)品實(shí)物如圖1所示。

2 技術(shù)原理

（1）實(shí)時翻譯

手語翻譯手套通過每根手指上固定的彎曲度傳感器識別手指的彎曲角度，利用MPU6050陀螺儀識別手部姿態(tài)，并通過手勢傳感器識別兩手間的相對位置。系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中檢索，自動識別出相應(yīng)的手語動作含義，隨后通過SYN6288語音模塊進(jìn)行語音播報。同時，上位機(jī)軟件會實(shí)時顯示翻譯的文字。這種實(shí)時的手語語音播報和文字翻譯功能，顯著提升了聾啞人士與正常人士之間的溝通效率。翻譯過程即時、準(zhǔn)確，無需額外的步驟或工具。

此外，我們構(gòu)建了特征手語表，并開發(fā)了一款名為“實(shí)時手語文字顯示軟件”的應(yīng)用。該軟件結(jié)合地域習(xí)慣和易混淆詞匯，建立了特征手語表，用于訓(xùn)練用戶的手語規(guī)范性。用戶通過軟件錄入特征手語數(shù)值，若軟件成功識別并顯示正確的手語含義，則表明數(shù)值錄入正確。經(jīng)過多次錄入后，系統(tǒng)會總結(jié)數(shù)值規(guī)律，微調(diào)數(shù)據(jù)庫以適應(yīng)用戶的個人習(xí)慣，從而提升識別準(zhǔn)確率；若軟件未能顯示正確的手語含義，則會提示用戶重新規(guī)范手語動作。這一機(jī)制顯著提高了手語翻譯的準(zhǔn)確性。

上位機(jī)顯示軟件如圖2所示。

（2）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

該產(chǎn)品配備功能切換按鈕，可用于控制日常生活中的簡單家用電器。通過擴(kuò)展的RF-nano單片機(jī)與風(fēng)扇、燈泡等家用電器連接，并利用手勢識別傳感器檢測用戶的手勢操作，從而實(shí)現(xiàn)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動、燈泡開關(guān)等功能，達(dá)到簡易版“智能家居”的效果。這一設(shè)計讓聾啞人士的生活更加簡單便捷，使他們能夠享受到信息化時代高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)所帶來的舒適生活體驗(yàn)。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）實(shí)時翻譯：通過內(nèi)置的高精度傳感器和彎曲度傳感器，手套能夠精準(zhǔn)捕捉手部動作和姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)手語的實(shí)時語音播報和文字翻譯，顯著提升了聾啞人士與正常人士之間的溝通效率。翻譯過程即時、準(zhǔn)確，無需額外的步驟或工具。

（2）智能化設(shè)計：手套采用智能化設(shè)計，集成了彎曲度傳感器、手勢識別傳感器、陀螺儀和語音模塊，能夠自動識別手指姿態(tài)并翻譯手語。此外，它還具備心率監(jiān)測、天氣查詢、GPS定位以及撥打電話等功能，進(jìn)一步提升了實(shí)用性，為用戶提供了全方位的智能化交互體驗(yàn)。

（3）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)：設(shè)計的手套作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的一部分，支持通過按鈕切換功能，并能夠與其他智能設(shè)備連接。它可以用于控制日常生活中的簡單家用電器，例如電燈開關(guān)、風(fēng)扇檔位調(diào)節(jié)等，實(shí)現(xiàn)簡易版“智能家居”的功能，為用戶提供更加便捷的生活體驗(yàn)。

（4）配套軟件設(shè)計：該產(chǎn)品配備了專用的檢測上位機(jī)軟件，其中“實(shí)時手語文字顯示軟件”能夠幫助用戶提升手語翻譯的準(zhǔn)確性，并實(shí)時顯示手語的含義；而“實(shí)時手語動作跟蹤軟件”則能夠?qū)崟r追蹤手語動作，便于產(chǎn)品開發(fā)階段的功能測試以及后期產(chǎn)品的故障檢修工作，為研發(fā)和售后服務(wù)提供了極大的便利。

（5）個性化數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建：針對不同地區(qū)、不同群體以及不同應(yīng)用場景下的手語特點(diǎn)，為用戶定制專屬的手語數(shù)據(jù)庫和翻譯規(guī)則，以滿足多樣化的需求，助力聾啞人群實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨文化的無障礙交流。例如，通過建立不同地區(qū)的手語數(shù)據(jù)庫，能夠準(zhǔn)確理解和翻譯各地的手語，從而促進(jìn)聾啞人群跨地區(qū)的順暢溝通。

4 應(yīng)用前景

（1）國家政策支持

國家發(fā)布了《“十四五”殘疾人康復(fù)服務(wù)實(shí)施方案》和《促進(jìn)殘疾人就業(yè)三年行動方案（2022—2024年）》，通過提供較高水平的政府資金補(bǔ)貼，幫助聾啞人士享受更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，旨在完善殘疾人康復(fù)保障政策、加強(qiáng)康復(fù)體系建設(shè)、提升康復(fù)服務(wù)專業(yè)化水平。同時，方案進(jìn)一步落實(shí)殘疾人就業(yè)創(chuàng)業(yè)扶持政策，加大職業(yè)技能培訓(xùn)力度，持續(xù)提升就業(yè)服務(wù)質(zhì)量和效益，穩(wěn)定并擴(kuò)大殘疾人就業(yè)崗位。此外，《中華人民共和國無障礙環(huán)境建設(shè)法》明確規(guī)定，政府和社會各界應(yīng)為聽障人士提供無障礙服務(wù)，包括在政府新聞發(fā)布會、公共服務(wù)場所等配備手語翻譯服務(wù)。這一法律的實(shí)施為手語翻譯行業(yè)的發(fā)展提供了堅實(shí)的法律保障。

（2）市場巨大

據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)約有2 780萬聾啞人士，且每年新增約20萬人，其人口城鄉(xiāng)分布比例約為1∶4，適齡勞動人口占總數(shù)的59%。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，聾啞人士的規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。

中國聽力障礙與殘疾人數(shù)預(yù)測如圖3所示。

中國有超過2 700萬聾啞人士，但手語翻譯師的數(shù)量僅約1萬人，平均1名翻譯師需服務(wù)2 700人，遠(yuǎn)不能滿足聾啞人士的需求。在日常生活中，我們很少見到手語翻譯師的身影，僅在電視新聞中偶爾出現(xiàn)。值得注意的是，許多翻譯師的手語并不標(biāo)準(zhǔn)，而我國現(xiàn)存的手語種類超過百種，聾啞人士與外界溝通的難度遠(yuǎn)超常人想象。北京師范大學(xué)2012年針對近萬名聾啞人開展的跨地區(qū)調(diào)查顯示，只有8%的聾啞人能看懂大部分電視臺的手語新聞，56%的人能看懂一部分，29%的人基本看不懂。如何讓超過2 700萬聾啞人士回歸正常社會生活，正逐漸成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)。相關(guān)市場仍處于藍(lán)海階段，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>