CN109316731B - 一种远程外骨骼授课机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种远程外骨骼授课机器人，包括外骨骼支架、设于外骨骼支架上的显示装置、单片机系统、关节和绑带，使用者利用绑带穿上外骨骼支架；显示装置包括眼镜、扬声器、摄像机，摄像机用于拍摄使用者穿上外骨骼支架时的运动视频，使用者佩戴眼镜来观看视频，通过扬声器播放视频的语音；关节包括电机、编码器、陀螺仪，编码器和陀螺仪用于采集使用者穿上外骨骼支架时的运动信息，电机用于提供外骨骼支架运动的动力；单片机系统包括单片机，眼镜、扬声器、摄像机、电机、编码器、陀螺仪均与单片机电性连接。本发明可实现远程的一对一教学指导，有效降低教学成本、提升教学效率。

Description

一种远程外骨骼授课机器人

技术领域

本发明涉及人工智能交互教学技术领域，尤其涉及一种远程外骨骼授课机器人。

背景技术

由于现在体育、健身类型的授课，通常需要聘请专门的教练来进行训练，而且标准的肢体动作本身用语言描述的方式很难进行授课，最佳效果是一对一的进行指导，这样教练可以针对学生的特点进行针对化的改进授课；另外，美术、乐器的基本功等也有类似的性质，更依赖于对身体的掌控能力，这种能力的学习不同于理论课程的学习。然而，这些艺术、体育类的高水平老师成本又很高，很难在现有的教学中进行普及，如何降低教学成本、提升教学效率显得尤为重要。

现有的一些远程教学装置或方法，并不能有效地解决教学过程中学生对动作等理解不到位的问题，且无法实现一对一的用身体教学的方法来指导学生的学习，同时，缺乏反馈机制，无法掌握学生的学习情况，便无法进行针对性的教学。

因此，确有必要设计一款可解决上述现有技术的问题的教学产品。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种远程外骨骼授课机器人，可实现远程的一对一教学指导，有效降低教学成本、提升教学效率。

为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种远程外骨骼授课机器人，所述远程外骨骼授课机器人包括外骨骼支架、设于所述外骨骼支架上的显示装置、单片机系统、关节和绑带，使用者利用所述绑带穿上所述外骨骼支架；

所述显示装置包括眼镜、扬声器、摄像机，所述摄像机用于拍摄使用者穿上所述外骨骼支架时的运动视频，使用者佩戴所述眼镜来观看由所述摄像机拍摄的视频，通过所述扬声器播放视频的语音；

所述关节包括电机、编码器、陀螺仪，所述编码器和陀螺仪用于采集使用者穿上所述外骨骼支架时的运动信息，所述电机用于提供所述外骨骼支架运动的动力；

所述单片机系统包括单片机，所述眼镜、扬声器、摄像机、电机、编码器、陀螺仪均与单片机电性连接，由所述单片机控制所述摄像机拍摄视频、所述眼镜和扬声器播放视频、所述电机带动所述外骨骼支架的运动，所述单片机接收所述编码器、陀螺仪采集的运动信息，并分析出其运动状态。

进一步地，所述外骨骼支架包括头部、身体、大臂、小臂、手、大腿、小腿和脚。

进一步地，所述头部与身体、所述大臂与身体、所述小臂与大臂、所述手与小臂、所述大腿与身体、所述小腿与大腿、所述脚与小腿均通过所述关节进行连接，以通过所述关节记录所述外骨骼支架各部位的运动状态。

进一步地，所述绑带设于所述外骨骼支架的头部、身体、大臂、小臂、手、大腿、小腿和脚上，使用者利用各部位处的绑带绑定其身体的对应部位以穿上所述外骨骼支架。

进一步地，所述眼镜、扬声器设于所述外骨骼支架的头部上。

进一步地，所述单片机系统设于所述外骨骼支架的身体上。

进一步地，所述外骨骼支架的大臂、小臂、手、大腿、小腿和脚的数量均为两个。

进一步地，所述单片机系统还包括与所述单片机电性连接的通信模块，两个机器人通过各自的通信模块进行连接，以相互传输各自的所述摄像机拍摄的视频、由各自的所述单片机分析的运动状态。

进一步地，所述通信模块包括WiFi模块、蓝牙模块。

进一步地，所述单片机系统还包括与所述单片机电性连接的电源模块，用于供电。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)可进行远程在线教学，教师的位置不受限制；(2)实时获取教师和学生的数据，并进行智能匹配，以及时纠正学生的不到位动作，提升教学效果；(3)存储教师的全套教学过程，学生按需进行回放。

附图说明

图1是本发明的远程外骨骼授课机器人的结构示意图；

图2是本发明的远程外骨骼授课机器人的组成示意图。

图中：10-显示装置，11-眼镜，12-扬声器，13-摄像机，20-单片机系统，21-单片机，22-通信模块，23-电源模块，30-关节，31-电机，32-编码器，33-陀螺仪，40-外骨骼支架，41-头部，42-身体，43-大臂，44-小臂，45-手，46-大腿，47-小腿，48-脚，50-绑带。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

如图1-2所示，本发明的实施例公开了一种远程外骨骼授课机器人，包括显示装置10、单片机系统20、关节30、外骨骼支架40、绑带50，所述显示装置10、关节30均与所述单片机系统20电性连接，所述显示装置10、单片机系统20、关节30、绑带50均设于所述外骨骼支架40上。

所述显示装置10包括眼镜11、扬声器12、摄像机13，所述摄像机13用于拍摄使用者穿上所述外骨骼支架40时的运动视频，例如，当教师穿上所述外骨骼支架40进行教学时，将所述摄像机13放置在合适位置，用于拍摄和存储教师的教学过程，并传输给所述单片机系统20，由所述单片机系统20控制所述眼镜11和扬声器12进行显示和播放所述摄像机13拍摄的视频；又例如，当学生穿上所述外骨骼支架40进行学习时，将所述摄像机13放置在合适位置，用于拍摄和存储学生的学习过程，并传输给所述单片机系统20并存储。所述眼镜11可用于观看视频(例如，教师的教学视频或学生的学习视频)，所述扬声器12用于播放视频的声音。

所述外骨骼支架40上设有多个关节30，所述关节30包括电机31、编码器32、陀螺仪33，所述电机31用于提供动力，以使得所述外骨骼支架40运动；所述编码器32和陀螺仪33均用于采集使用者穿上所述外骨骼支架40时的运动信息，例如所述编码器32用于采集所述关节30转动的角速度、角度，并将其采集的信息传输给所述单片机21；所述陀螺仪33用于采集加速度，例如，通过采集x-y-z三坐标系的各个方向上的加速度，并将其采集的信息传输给所述单片机21，所述单片机21基于所述编码器32和陀螺仪33的采集信息，可分析出所述外骨骼支架40各部位的运动状态。

所述单片机系统20包括单片机21、与所述单片机21均电性连接的通信模块22和电源模块23，所述单片机21与眼镜11、扬声器12、摄像机13、电机31、编码器32、陀螺仪33均电性连接。所述单片机21控制所述摄像机13拍摄视频，并接收和存储其拍摄的视频，以通过所述通信模块22进行传输。所述单片机21控制所述眼镜11、扬声器12显示和播放由所述摄像机13拍摄的视频，使用者佩戴所述眼镜11来观看视频；所述单片机21接收所述编码器32、陀螺仪33传输的采集信息，并处理分析出所述外骨骼支架40各部位的运动状态(例如，包括运动的受力与轨迹等)；基于上述分析的所述外骨骼支架40各部位的运动状态，所述单片机21控制所述电机31还原所述外骨骼支架40各部位的运动状态，以此到达教学与指导的目的。所述通信模块22用于连接和传输信息，例如连接两个机器人，并相互传输各自的所述摄像机13拍摄的视频、所述单片机21分析的所述外骨骼支架40各部位的运动状态，所述通信模块22包括但不限于WiFi模块、蓝牙模块。所述电源模块23用于供电，例如为所述显示装置10、单片机系统20和关节30等供电。

所述外骨骼支架40包括头部41、身体42、大臂43、小臂44、手45、大腿46、小腿47和脚48等部位，所述头部41设于所述身体42的顶部，所述大臂43设于所述身体42的上部两侧，所述大腿46设于所述身体42的下部两侧。所述外骨骼支架40的各部位均通过所述关节30连接，也即所述头部41与身体42、所述大臂43与身体42、所述小臂44与大臂43、所述手45与小臂44、所述大腿46与身体42、所述小腿47与大腿46、所述脚48与小腿47均通过所述关节30进行连接。所述绑带50设于所述外骨骼支架40上，包括但不限于设于所述头部41、身体42、大臂43、小臂44、手45、大腿46、小腿47和脚48上，以通过所述关节30记录所述外骨骼支架40各部位的运动状态。

教师或学生可通过各部位处的绑带50绑定其身体的对应部位，以将所述外骨骼支架40穿在身上，穿上所述外骨骼支架40后进行教学或学习。优选的，所述眼镜11、扬声器12设于所述外骨骼支架的头部41上，所述单片机系统20设于所述外骨骼支架40的身体42上。优选的，所述外骨骼支架40的大臂43、小臂44、手45、大腿46、小腿47和脚48的数量均为两个。

本发明的使用方法为：教师和学生各自利用所述绑带50，分别将所述外骨骼支架40与自身身体绑定在一起，也即各自穿上了所述外骨骼支架40，并通过其各自的所述通信模块22，将二者的机器人进行连接；教师穿上所述外骨骼支架40进行教学时，利用教师端的所述摄像机13拍摄视频，以记录教师的教学过程，并将拍摄的教学视频传输给其单片机21；利用各个关节30的所述编码器32、陀螺仪33记录所述外骨骼支架40的各部位运动信息，并传输给其单片机21以分析各部位的运动状态，通过所述通信模块22将拍摄的视频和运动状态传输给学生端的机器人的单片机21；学生在穿上所述外骨骼支架40进行学习时，通过戴上所述眼镜11进行观看教师的教学视频，由所述单片机21控制所述眼镜11、扬声器12播放拍摄的视频，同时，所述单片机21控制所述电机31带动学生端的所述外骨骼支架40的运动以还原教师的运动状态，以指引学生的学习，另外，可将所述摄像机13放置在合适的位置，对学生进行拍摄视频，以记录学生的学习过程，同时利用各个关节30的所述编码器32、陀螺仪33记录所述外骨骼支架40的各部位运动信息，将拍摄的学习视频和运动信息传输给其单片机21以分析各部位的运动状态，并将其传回给所述教师端的单片机21，教师可通过传回的视频和所述外骨骼支架40的各部位运动状态，对学生的学习情况进行分析，方便进行针对性的校正，由此实现远程一对一的教学。

同时，存储于学生端的所述单片机21中的教学视频和所述外骨骼支架40的各部位运动状态可进行反复播放，以方便学生的反复学习和练习；学生存储于学生端的所述单片机21中的学习视频和所述外骨骼支架40的各部位运动状态可进行反复播放，以方便学生的自我纠错。教师端的机器人可与不同学生的机器人进行连接，以方便对多个学生进行教学；学生端的机器人也可与不同老师的机器人进行连接，以方便获取多个教师的指导。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)可进行远程在线教学，教师的位置不受限制；(2)实时获取教师和学生的数据，并进行智能匹配，以及时纠正学生的不到位动作，提升教学效果；(3)存储教师的全套教学过程，学生按需进行回放。

值得说明的是：在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述远程外骨骼授课机器人包括外骨骼支架、设于所述外骨骼支架上的显示装置、单片机系统、关节和绑带，使用者利用所述绑带穿上所述外骨骼支架；

所述显示装置包括眼镜、扬声器、摄像机，所述摄像机用于拍摄使用者穿上所述外骨骼支架时的运动视频，使用者佩戴所述眼镜来观看由所述摄像机拍摄的视频，通过所述扬声器播放视频的语音；

所述关节包括电机、编码器、陀螺仪，所述编码器和陀螺仪用于采集使用者穿上所述外骨骼支架时的运动信息，所述电机用于提供所述外骨骼支架运动的动力；

所述单片机系统包括单片机，所述眼镜、扬声器、摄像机、电机、编码器、陀螺仪均与单片机电性连接，由所述单片机控制所述摄像机拍摄视频、所述眼镜和扬声器播放视频、所述电机带动所述外骨骼支架的运动，所述单片机接收所述编码器、陀螺仪采集的运动信息，并分析出其运动状态。

2.根据权利要求1所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述外骨骼支架包括头部、身体、大臂、小臂、手、大腿、小腿和脚。

3.根据权利要求2所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述头部与身体、所述大臂与身体、所述小臂与大臂、所述手与小臂、所述大腿与身体、所述小腿与大腿、所述脚与小腿均通过所述关节进行连接，以通过所述关节记录所述外骨骼支架各部位的运动状态。

4.根据权利要求2所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述绑带设于所述外骨骼支架的头部、身体、大臂、小臂、手、大腿、小腿和脚上，使用者利用各部位处的绑带绑定其身体的对应部位以穿上所述外骨骼支架。

5.根据权利要求2所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述眼镜、扬声器设于所述外骨骼支架的头部上。

6.根据权利要求2所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述单片机系统设于所述外骨骼支架的身体上。

7.根据权利要求2所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述外骨骼支架的大臂、小臂、手、大腿、小腿和脚的数量均为两个。

8.根据权利要求1所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述单片机系统还包括与所述单片机电性连接的通信模块，两个机器人通过各自的通信模块进行连接，以相互传输各自的所述摄像机拍摄的视频、由各自的所述单片机分析的运动状态。

9.根据权利要求8所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述通信模块包括WiFi模块、蓝牙模块。

10.根据权利要求1所述的远程外骨骼授课机器人，其特征在于：所述单片机系统还包括与所述单片机电性连接的电源模块，用于供电。