一种通过动作智能化评估儿童认知的装置、系统及方法

本发明涉及认知评估，具体地说，涉及一种通过动作智能化评估儿童认知的装置、系统及方法。

背景技术：

1、儿童成长与教育日益引起关注，传统的儿童动作发展和认知能力评估受限于静态环境和有限的互动性，人力成本、时间成本、专业性和复杂度高，难以全面评估儿童的认知水平。一些现有技术尝试通过学习机等数字化手段提供更多互动性，但在婴幼儿和学龄前期儿童的认知评估方面仍然存在挑战。

2、当前，对于儿童认知评估的方法主要依赖于专业认识的标准化测试和观察，这些方法可能无法全面捕捉儿童的运动技能、认知觉察、注意力、智力和创新能力等多方面信息。因此，需要一种更全面、实时的数智化评估方法，以更好地了解儿童的认知发展和个性特征。

技术实现思路

1、本发明的内容是提供一种通过动作智能化评估儿童认知的装置、系统及方法，通过捕捉儿童的手部动作并应用编码和解码技术，实现了对儿童认知的自动评估。

2、根据本发明的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置，其包括游戏盒子，游戏盒子内设有安装腔，安装腔右侧腔壁上设有圆孔，安装腔内设有台阶状的安装块；游戏盒子前侧设有多个凸条；游戏盒子底面设有转盘；游戏盒子上多个不同位置安装有盒子探测器；

3、游戏盒子配合有多个玩具，玩具上设有玩具探测器，玩具探测器和盒子探测器配合获得玩具在游戏盒子空间中的位置数据，以及动作行为数据。

4、作为优选，安装块右侧远离圆孔，安装块左侧、前侧和后侧分别连接在安装腔对应侧面上。

5、作为优选，安装块内设有电源，电源用于盒子探测器的供电。

6、作为优选，盒子探测器和玩具探测器的种类包括触压类、光电类、电容类、加速度类和位置类。

7、本发明提供了一种通过动作智能化评估儿童认知的系统，其采用上述的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置。

8、本发明提供了一种通过动作智能化评估儿童认知的方法，其采用上述的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置，并包括以下步骤：

9、步骤1：装置安置、连接和启动

10、在房间内的地垫中间放置游戏盒子，将多个玩具放置在地垫边缘；

11、步骤2：进行测试

12、让儿童先与游戏盒子玩耍1分钟，然后依次拿着一个玩具与游戏盒子玩耍，每个玩具玩耍2分钟；

13、步骤3：数据收集、传输和储存

14、多个盒子探测器构建出坐标空间，获取玩具在游戏盒子内部、外部、以及表面移动和接触数据，多个盒子探测器与玩具探测器构建动作行为数据，以及玩具探测器获取儿童的手部动作数据，用无线传输模块将探测器数据传输到电脑端接收器，储存在分析软件中的特定路径；

15、步骤4：分析数据和输出

16、构建数据预处理和分析模型，包括5个部分：

17、(1)空间位置提取，得到玩具在坐标空间的位置信息、运动轨迹数据；

18、(2)动作特征提取，得到玩具与游戏盒子的交互动作数据，得到儿童与手持玩具的交互动作数据；

19、(3)将每个玩具提取的空间位置和动作特征映射到行为编码矩阵；

20、(4)根据建立的编码表，对每个位置的行为动作进行赋值；

21、(5)通过机器学习进行特征选择、融合和预测建模，输出注意力、智力、创新思维的能力指标分数，并给出评估报告。

22、作为优选，步骤1中，地垫大小为1.2m×1.2m。

23、作为优选，步骤2中，玩具玩耍2分钟后，换另一个玩具玩耍，前一个玩具放在游戏盒子周边20cm处；儿童需要玩耍5-7个玩具。

24、作为优选，步骤3中，玩具在游戏盒子内部、外部、以及表面移动和接触数据包括空间位置、接触位置、时间信息、方向以及速度数据。

25、作为优选，步骤4中，具体为：

26、(1)中，通过运用压力、速度、加速度、方向、距离、周期性、电容变化数据进行特征提取，运动轨迹和交互数据为：

27、a、时间分辨率1-5s内，玩具接触游戏盒子的位置、空间移动轨迹、所持玩具编号、所持玩具的时间、更换玩具频次的信息；

28、b、时间分辨率1-5s内，手部所持玩具的动作特征的信息；

29、c、时间分辨率1-5s内，玩具在游戏盒子空间位置中的交互动作信息；

30、(2)中，动作行为不少于20种，位置信息不少于13个；

31、(4)中，编码表每个格子用0或n表示，0表示未发生动作，n表示发生的次数；

32、(5)中，评估报告包括认知能力以及各个维度的剖面图，以及在同龄群体中的位置和认知能力提升的建议报告。

33、在相对自然场景下，儿童与游戏盒子互动，通过捕捉儿童的手部动作，通过编码和解码模型自动化评估儿童认知，包括大动作和精细动作等运动技能，注意力、智力和创新思维等认知能力。

34、本发明能够带来以下有益效果：

35、1、低人力成本，使用人员无需专业培训，参照装置说明书组装设备，实施测试就可以完成评估。

36、2、低时间成本，装置为儿童喜欢的玩具游戏，参与度和配合度高。儿童在玩耍玩具中，设备无干扰自动记录手部动作，基于动作和评估模型进行自动化打分，出具数智化报告。

37、3、本发明可用于家庭、幼儿园、中小学和医院等多种场景。

技术特征：

1.一种通过动作智能化评估儿童认知的装置，其特征在于：包括游戏盒子(110)，游戏盒子(110)内设有安装腔(111)，安装腔(111)右侧腔壁上设有圆孔(112)，安装腔(111)内设有台阶状的安装块(113)；游戏盒子(110)前侧设有多个凸条(114)；游戏盒子(110)底面设有转盘(115)；游戏盒子(110)上多个不同位置安装有盒子探测器；

2.根据权利要求1所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置，其特征在于：安装块(113)右侧远离圆孔(112)，安装块(113)左侧、前侧和后侧分别连接在安装腔(111)对应侧面上。

3.根据权利要求2所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置，其特征在于：安装块(113)内设有电源，电源用于盒子探测器的供电。

4.根据权利要求3所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置，其特征在于：盒子探测器和玩具探测器的种类包括触压类、光电类、电容类、加速度类和位置类。

5.一种通过动作智能化评估儿童认知的系统，其特征在于：其采用如权利要求1-4中任一所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置。

6.一种通过动作智能化评估儿童认知的方法，其特征在于：其采用如权利要求1-4中任一所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的装置，并包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的方法，其特征在于：步骤1中，地垫大小为1.2m×1.2m。

8.根据权利要求7所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的方法，其特征在于：步骤2中，玩具玩耍2分钟后，换另一个玩具玩耍，前一个玩具放在游戏盒子(110)周边20cm处；儿童需要玩耍5-7个玩具。

9.根据权利要求8所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的方法，其特征在于：步骤3中，玩具在游戏盒子(110)内部、外部、以及表面移动和接触数据包括空间位置、接触位置、时间信息、方向以及速度数据。

10.根据权利要求9所述的一种通过动作智能化评估儿童认知的方法，其特征在于：步骤4中，具体为：

技术总结本发明涉及认知评估技术领域，提供一种通过动作智能化评估儿童认知的装置、系统及方法，装置包括游戏盒子，游戏盒子内设有安装腔，安装腔右侧腔壁上设有圆孔，安装腔内设有台阶状的安装块；游戏盒子前侧设有多个凸条；游戏盒子底面设有转盘；游戏盒子上多个不同位置安装有盒子探测器；游戏盒子配合有多个玩具，玩具上设有玩具探测器，玩具探测器和盒子探测器配合获得玩具在游戏盒子空间中的位置数据。本发明通过探测器捕捉儿童的手部动作、儿童手持玩具与游戏盒子的交互动作，并应用编码和解码技术，通过推理测量实现对儿童认知的自动评估。技术研发人员：陈群林,杜莹,智飞受保护的技术使用者：西南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2