本發(fā)明涉及中醫(yī)推拿教考儀，特別是涉及基于人工智能的便攜式中醫(yī)推拿教考儀，屬于中醫(yī)推拿技能的教學應用領域。

背景技術：

1、中醫(yī)推拿是中醫(yī)主要的外用治療手段，是以中醫(yī)經絡腧穴為理論基礎，結合西醫(yī)的解剖和病理診斷，用推、拿、提、捏、揉等手法作用于人體體表的特征部位，以調節(jié)機體生理、病理狀況，達到理療目的的方法，操作者對于推拿手法的發(fā)力位置、力度大小、幅度、頻率、節(jié)奏等相關動作的控制強弱，直接影響推拿的治療效果和被治療者的身體體驗。

2、傳統(tǒng)中醫(yī)推拿手法的教學和實踐主要以理論講解和動作展示為主配合操作者的實體練習，由于理論講解的內容以文字為主，例如一指禪手法的基本要求為“持久、有力、均勻、柔和”，教師在講解過程中，雖可表述清楚其文字內涵，但對于初學的學生而言，難以將文字理解透徹，并轉化為實際動作。因此，通過傳感器技術將推拿手法的動作數(shù)據精確采集，通過對接外部數(shù)據展現(xiàn)系統(tǒng)同步進行數(shù)據可視化展現(xiàn)，可有效提升推拿手法教學的精準性、直觀性，為練習者提供科學化、精確化的推拿手法學習練習環(huán)境，同時也可為教師提供推拿手法學習效果的客觀評判依據。

3、常規(guī)推拿手法數(shù)據采集主要以區(qū)域平均按壓力采集為主，通過對應的數(shù)據收集展示系統(tǒng)，展示推拿手法的壓力、頻率和時間的關系，但由于推拿手法包含較多類別，同時與接觸部位、接觸面積有緊密關聯(lián)性，傳統(tǒng)的推拿需要老師傅手把手教，還存在師承問題，并不是所有學員都能學到推拿學派的精髓要領。而且現(xiàn)實中真正的推拿傳承人并不能面對面進行普眾的教學，因此如何評判一個普通學員是否掌握各派專門技巧，如何評價成為本領域急切要解決的問題。同時，結合國家教育體制改革規(guī)劃要求，將中醫(yī)推拿技能教學與傳感器技術、類膚材料技術等科技手段進行跨領域融合，是實現(xiàn)中醫(yī)教學的數(shù)字化、精準化和標準化，推動傳統(tǒng)中醫(yī)教學手段的科技創(chuàng)新，縮短合格中醫(yī)人才培養(yǎng)的時間周期的最有效手段。

4、另一方面，教考儀器是一種專門通過師傅示范錄入技法，從而讓學生可重復進行的一種推拿評價儀器?，F(xiàn)有技術通過一種模擬人體材質的軟材料上進行推拿練習以及考核操作。但是這種材料一般做成一塊平面，無法和真實人體外形3d比擬，因此造成推拿的數(shù)據不全面，學員、應試者也不能掌握手感。雖然平面適應多數(shù)手法，如揉、擦、滾、拍、點、摩；但是對一些捏、拿、提需要再垂直方向上的操作則無法識別，因此限制了推拿門派的手法的全面學習和評價考核。

5、從算法上看，現(xiàn)有技術無法針對3d場景進行識別，雖然3d識別模型已經存在，但是僅僅適用于人臉面部復雜情況，對于人體軀干和四肢這類輪廓簡單的3d識別對象則使用3d復雜算法徒增儀器的算力負荷。因此算法的改進也是一個問題。

6、因此，現(xiàn)有技術中亟需一種能夠以3d降維呈2d的算法思路，利用2d模型解決3d問題的推拿教考儀。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術上述問題，本發(fā)明考慮兩個方向，第一采用3d模擬人體的模特以真實模擬人體的推拿對象，全面獲取3d數(shù)據，并將3d降維成2d的算法思路，利用2d模型解決3d問題。第二，采用便攜式結構，采集各種手法數(shù)據，運用人工智能算法找出各手法規(guī)律，形成推拿按摩手法的標準，供學習者參考使用，以進一步有利于教學和考試的需要。

2、基于上述方向，本發(fā)明提出一種基于人工智能的便攜式中醫(yī)推拿教考儀，包括類3d模擬人膚仿真模型，推拿臺，數(shù)據處理模塊，主機，以及顯示裝置，其中，所述類3d模擬人膚仿真模型為正面或背面朝上的類人膚3d模型，上下分為仿真皮膚層、仿真脂肪層和仿真肌肉層，該類3d模擬人膚仿真模型固定在推拿臺上，且在仿真脂肪層上均分布有傳感器，能夠感知外部作用力，并與所述數(shù)據處理模塊輸入口連接，而輸出口與主機的外部設備接口連接，所述顯示裝置與主機連接，用于基于智能操作系統(tǒng)界面顯示推拿操作的動態(tài)，作用力分布數(shù)據，以及推拿節(jié)奏預設參數(shù)，學習與考評信息，所述主機中具有存儲器，所述存儲器中安裝有智能算法應用程序，所述推拿臺上或推拿臺周邊設置有攝像裝置，用于捕捉推拿動作，經由所述智能算法應用程序的數(shù)字孿生算法對所述捕捉推拿動作虛擬成像在所述界面上，實現(xiàn)所述動態(tài)，而所述智能算法應用程序還通過主機接受到的傳感器上的感知數(shù)據進行3d降維成2d的2d作用力分布圖，并基于該2d作用力分布圖構建人工智能模型，用于根據實時的推拿動作而識別該動作與預設手法標準的差異大小，從而得到該動作的考評成績。

3、可選地，所述類3d模擬人膚仿真模型的每一層由硅膠制成、并以可拆卸結構進行對合或拆分，所述傳感器通過所述對合而埋設在層與層之間，接著可拆卸固定在推拿臺上的剛性支撐結構上，以組成人體正背面的模擬立體面。

4、優(yōu)選地，所述傳感器對應人體穴位進行埋設，或者在對應人體穴位處以及該對應的人體穴位處周邊2-3cm范圍內設置至少一個的方式進行埋設。

5、容易理解的是，通過穴位處設置傳感器，就能在學習或考試過程中，就能夠識別學員或應試者是否能夠找準穴位的基本功情況。

6、可選地，所述推拿臺一側具有滑動機構，所述攝像裝置為兩個且安裝在所述滑動機構上，所述主機根據感知數(shù)據而控制滑動機構，使得兩個攝像裝置同步或獨立地運動到正在推拿部位一側進行拍攝，以捕捉推拿動作。

7、其中，所述滑動機構具有滑塊和旋轉編碼器，所述主機根據感知數(shù)據而控制滑動機構的方法包括如下步驟：

8、s1對各傳感器進行編號，感受數(shù)據設置為帶編號信息的數(shù)據，對滑動機構上的滑塊移動到正在推拿位置一側時應產生的旋轉編碼器數(shù)字量輸出增量與編號構建映射：，為映射函數(shù)；

9、s2主機接收到帶編號信息的數(shù)據之后，根據所述映射計算，并控制滑塊運動，直至旋轉編碼器的數(shù)字量輸出增量為。

10、可選地，所述作用力分布數(shù)據包括作用力大小，以及主機根據所述編號轉換成的穴位名稱。

11、可選地，所述智能算法應用程序還通過主機接受到的傳感器上的感知數(shù)據進行3d降維成2d的2d作用力分布圖，并基于該2d作用力分布圖構建人工智能模型具體包括如下步驟：

12、q1建立xoy二維直角坐標系，x方向為人體頭至腳方向，y為左右方向，在二維直角坐標系中構造作用力分布圖空白模范，所述空白模范由多個對應穴位的位置的單元組成，且按照x和y方向形成陣列，規(guī)定穴位對應的單元都在二維直角坐標系上投影取得陣列位置。

13、如此形成降維，教師或者考官也容易識別，即便不是3d也能夠空間想象具體在哪里。

14、需要說明的是，如果不同y位置的多個穴位和/或穴位周邊2-3cm范圍之間x位置交錯，陣列的單元位置也相應形成交錯，也即此時陣列不是矩陣或方陣。如此盡可能模擬真實穴位和范圍內的設置傳感器的空間位置分布。

15、q2對感知數(shù)據進行偽彩標定，并將相應的偽彩色值賦予相應的單元中，得到實時的2d作用力分布圖；

16、q3讓不同門派的師傅（教師或考官）和高、中、初級別學員分別在兩組類3d模擬人膚仿真模型進行每一個人體部位推拿操作，定時觸發(fā)采集過程中感知數(shù)據，根據步驟q2形成每個門派和每個級別學員的多幅2d作用力分布圖，將多幅2d作用力分布圖分為訓練集和驗證集，并且根據每一處人體部位的一種手法推拿動作完成過程的前段、中段、后段三個所述定時觸發(fā)的時段，將相應的訓練集和驗證集分別歸為前段類、中段類，以及后段類；

17、q4構建卷積神經網絡組，分為多個門派組，每一組網絡輸出端進行全連接，并輸入softmax進行時段和分級的12個分類，即分為三個時段每個時段的師傅和高、中、初四類級別，采用驗證集驗證，直至識別準確率穩(wěn)定之后停止所有組訓練，得到一種手法人工智能模型。

18、q5再根據q3-q4構建完成其他手法人工智能模型。

19、可選地，讓不同門派的師傅和高、中、初級別學員在兩組類3d模擬人膚仿真模型進行每一個人體部位進行規(guī)定時長推拿操作，重新定時觸發(fā)采集時長的初段、間段、尾段的感知數(shù)據并根據q3-q5構建完成不同時長的段落中，推拿輕重是否與相應級別合格標準符合的輕重人工智能模型。

20、由此進一步考察學員和應試者對于每一種手法推拿過程的力度變化規(guī)律的掌握情況。從而從等級和輕重兩個維度，據實時捕捉的推拿動作來實現(xiàn)識別該動作與預設手法標準的差異大小。

21、優(yōu)選地，所述卷積神經網絡為帶殘差機制的卷積神經網絡，對于每一時段和/或每一時長段采用一個或對應多個的帶殘差機制的卷積神經網絡訓練。

22、可選地，所述力分布數(shù)據包括實時2d作用力分布圖，以及各傳感器的感知數(shù)據轉化為的當前壓力，所述預設參數(shù)包括如下參數(shù)中任一項或其組合：手法次數(shù)：記錄整個練習過程中產生的累計次數(shù)，每一次受力記為一次受力面積：記錄手法實時受力產生的面積，以每一次受的壓力為準；手法時間：記錄手法練習從0開始到結束為止的累計練習時長；手法速率：速率?=?手法運動的距離?/?所用時間；練習手法、手法練習的時間、參照師傅，開始/結束練習、練習倒計時查看。

23、基于智能操作系統(tǒng)界面上顯示的內容還包括手法要領：描述選擇手法的操作要求，為學生練習時提供詳細文字描述實操方法；手法穩(wěn)定性：根據錄制好的專家老師手法對比，頻率、壓力、速度、節(jié)奏等多方面比較后得出穩(wěn)定參數(shù)。計算方式通過三項數(shù)據結合計算；施力情況統(tǒng)計：記錄操作過程中最大受力值、最小受力值、平均壓力值、壓力穩(wěn)定度。以及記錄練習過程中所有壓力的分布情況，根據每種手法壓力特點記錄；以及手法視頻/受力分布：通過攝像頭捕捉實時手法，變換為數(shù)據化手型，實時顯示記錄手法操作樣式。

24、可選地，所述考評成績計算方法為：

25、t1，在規(guī)定的時間內，記錄在類3d模擬人膚仿真模型上進行的手法次數(shù)、受力產生的面積、手法時間、手法速率，與各門派師傅的相應數(shù)據進行對比，按百分比數(shù)值作為該項的成績，

26、t2，在所述的在規(guī)定的時間內，采集每個手法的前段、中段、后段以及初段、間段、尾段的感知數(shù)據，形成2d作用力分布圖分別代入訓練好的手法人工智能模型和輕重人工智能模型，進行手法相應級別，以及輕重變化規(guī)律掌握是否合格，并基于級別和合格與否打分，

27、t3，輸出t1中每一項成績平均值，以及t2中相應級別與輕重合格與否的判別結論，作為最終成績。

28、可選地，所述教考儀還包括網絡通信裝置，用于與云端服務器通信，所述虛擬成像和/或2d作用力分布圖還通過所述網絡通信裝置上傳至云端服務器，供師傅或考評人員下載查看進行人工評價。因此不用面對面，師傅和考評人員能夠在線遠程參與對學員或應試者推拿操作進行評價，從而通過與儀器的結合，更為客觀評估教學成果。

29、有益效果

30、1.采用類3d模擬人膚仿真模型替換平面材質，更加能夠感知三維空間的推拿手感，也接近真實操作，改進了學習和考評的實際功效。

31、2.采用3d降維為2d的分布來進行不同門派的手法的等級智能預測，同時加以輕重規(guī)律掌握考察，并且結合人工考評，建立了多元化、科學化、精確化的推拿教考體系。

32、3.數(shù)字孿生算法對所述捕捉推拿動作虛擬成像在所述界面上，實現(xiàn)動態(tài)模擬教學示范。

33、4.通過推拿臺一側雙攝像代替?zhèn)鹘y(tǒng)的選擇機位的視頻錄制，更能夠跟蹤和聚焦推拿部位，進行細節(jié)手法細節(jié)的模擬動態(tài)示范，更清楚地展示動作要領。