智能手語翻譯手套的創新設計與應用

摘 要：本項目針對非聾啞人士與聾啞人士之間的交流障礙問題，設計了一款多功能手語翻譯手套。該手套以Arduino Mega 2560單片機為核心，輔以RF-nano、ESP8266等模塊，結合彎曲度傳感器、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據庫對比，識別手語動作含義，并通過SYN6288語音模塊實現語音播報，同時將手語表達的含義顯示在上位機軟件。此外，手套還可控制日常生活中簡單的家用電器，實現簡易版“智能家居”功能。本項目旨在提高聾啞人士的生活質量，促使其更好地融入社會。

關鍵詞：手語翻譯手套；手勢識別；手語數據庫；個性化翻譯

1 作品介紹

隨著構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，患者總數達2 780萬人。大部分聾啞人士依賴手語進行交流，長期以來面臨溝通機會受限的問題，在情感表達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。本項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。該產品兼具手語教學輔助功能，有助于提升社會對特殊群體的服務水平，消除聽障人士與其他社會成員之間的隔閡，促進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步帶來的便利生活。基于這一需求，我們設計了一款多功能手語翻譯手套。該產品秉承實用化、智能化和人性化的設計理念，集成了多項實用功能。本產品的工作原理如下：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。隨后，系統將采集到的手勢數據與數據庫進行綜合比對分析，自動識別出對應的手語含義。識別結果可通過SYN6288語音模塊進行實時播報，同時在上位機軟件上同步顯示，從而實現實時手語翻譯功能。

此外，該產品還可作為手語教學輔助工具，幫助用戶練習正確的手語姿勢。產品還集成了多項實用功能，包括控制家用電器、撥打電話、實時查詢天氣和時間、監測心率、GPS定位等。為適應不同需求，系統支持根據地區差異、用戶群體特征和應用場景特點，對手語數據庫和翻譯規則進行個性化定制。

產品實物如圖1所示。

2 技術原理

（1）實時翻譯

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，并通過手勢傳感器識別兩手間的相對位置。系統根據這些數據在數據庫中檢索，自動識別出相應的手語動作含義，隨后通過SYN6288語音模塊進行語音播報。同時，上位機軟件會實時顯示翻譯的文字。這種實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、準確，無需額外的步驟或工具。

此外，我們構建了特征手語表，并開發了一款名為“實時手語文字顯示軟件”的應用。該軟件結合地域習慣和易混淆詞匯，建立了特征手語表，用于訓練用戶的手語規范性。用戶通過軟件錄入特征手語數值，若軟件成功識別并顯示正確的手語含義，則表明數值錄入正確。經過多次錄入后，系統會總結數值規律，微調數據庫以適應用戶的個人習慣，從而提升識別準確率；若軟件未能顯示正確的手語含義，則會提示用戶重新規范手語動作。這一機制顯著提高了手語翻譯的準確性。

上位機顯示軟件如圖2所示。

（2）物聯網系統

該產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。通過擴展的RF-nano單片機與風扇、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，從而實現控制風扇轉動、燈泡開關等功能，達到簡易版“智能家居”的效果。這一設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展的科學技術所帶來的舒適生活體驗。

3 項目創新點

（1）實時翻譯：通過內置的高精度傳感器和彎曲度傳感器，手套能夠精準捕捉手部動作和姿態，實現手語的實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、準確，無需額外的步驟或工具。

（2）智能化設計：手套采用智能化設計，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并翻譯手語。此外，它還具備心率監測、天氣查詢、GPS定位以及撥打電話等功能，進一步提升了實用性，為用戶提供了全方位的智能化交互體驗。

（3）物聯網設備互聯：設計的手套作為物聯網設備的一部分，支持通過按鈕切換功能，并能夠與其他智能設備連接。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、風扇檔位調節等，實現簡易版“智能家居”的功能，為用戶提供更加便捷的生活體驗。

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

（5）個性化數據庫創建：針對不同地區、不同群體以及不同應用場景下的手語特點，為用戶定制專屬的手語數據庫和翻譯規則，以滿足多樣化的需求，助力聾啞人群實現跨區域、跨文化的無障礙交流。例如，通過建立不同地區的手語數據庫，能夠準確理解和翻譯各地的手語，從而促進聾啞人群跨地區的順暢溝通。

4 應用前景

（1）國家政策支持

國家發布了《“十四五”殘疾人康復服務實施方案》和《促進殘疾人就業三年行動方案（2022—2024年）》，通過提供較高水平的政府資金補貼，幫助聾啞人士享受更優質的服務，旨在完善殘疾人康復保障政策、加強康復體系建設、提升康復服務專業化水平。同時，方案進一步落實殘疾人就業創業扶持政策，加大職業技能培訓力度，持續提升就業服務質量和效益，穩定并擴大殘疾人就業崗位。此外，《中華人民共和國無障礙環境建設法》明確規定，政府和社會各界應為聽障人士提供無障礙服務，包括在政府新聞發布會、公共服務場所等配備手語翻譯服務。這一法律的實施為手語翻譯行業的發展提供了堅實的法律保障。

（2）市場巨大

據統計，目前國內約有2 780萬聾啞人士，且每年新增約20萬人，其人口城鄉分布比例約為1∶4，適齡勞動人口占總數的59%。根據相關機構預測，聾啞人士的規模將持續擴大。

中國聽力障礙與殘疾人數預測如圖3所示。

中國有超過2 700萬聾啞人士，但手語翻譯師的數量僅約1萬人，平均1名翻譯師需服務2 700人，遠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。值得注意的是，許多翻譯師的手語并不標準，而我國現存的手語種類超過百種，聾啞人士與外界溝通的難度遠超常人想象。北京師范大學2012年針對近萬名聾啞人開展的跨地區調查顯示，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，正逐漸成為社會關注的焦點。相關市場仍處于藍海階段，具有巨大的發展潛力。