CN109366502B - 一种基于人工智能的网络交互式教育方法及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于人工智能的网络交互式教育机器人,包括本体,本体底部安装有驱动机构,头部内部安装有中央处理器,中央处理器上设有闪存模块和存储装置,腹部安装有人机互动控制模块,电源电性连接中央处理器,中央处理器电性连接驱动机构、语音播报模块、液晶显示模块、投影模块、网络通讯模块、蓝牙、USB接口和人机互动控制模块,人机互动控制模块电性连接声音采集模块、扫描模块和执行模块。本发明通过软硬件结合、人机交互,使其能够引导学生通过主动性的学习、理解和练习而积极建构其知识结构和能力结构,并且循序渐进的完成教学计划,完成教学目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人,特别涉及一种基于人工智能的网络交互式教育机器人,属于网络教育及人工智能技术领域。
背景技术
现有随着科学技术的发展,各种电子类产品已经越来越普及地出现在平常老百姓家,同时互联网的出现及宽带的越来越廉价,人们的生活习惯已经发生了很大的变化。为了能够促进少儿学习,市面出现了不同具有娱乐性功能的机器人及教育机器人。
过四十多年的发展,机器人技术已取得长足发展,随着机器人技术的进一步发展,机器人除了智能程度在持续提高,其应用范围也从工业向各个行业渗透。专家认为:智能机器人将成为继家电和个人电脑后,第三个以超常规速度走向我们日常生活的产品。
现有的教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装。它除了机器人机体本身之外,还有相应的控制软件和教学课本等。教育机器人因为适应新课程,对学生科学素养的培养和提高起到了积极的作用,在众多中小学学校得以推广,并以其交互、易用的特点深受青少年的喜爱,机器人走入学校将和电脑普及校园一样,已经成为必定的趋势,机器人教育已经成为中小学教育领域的新课程。
教育机器人未来将成为趋势,当今社会需要具有创新意识、有创造性思维的人才,未来的社会更是如此。在国外许多著名大学都将机器人作为一个综合实验平台供学生做实验和学习等,但是许多现有商业化的教育机器人都存在硬件结构封闭且功能单一等缺点,国外有些产品虽然功能较丰富,但是价格极其昂贵,且无法满足中国特色的自动化相关学科教育需求;同时,目前大部分自动化专业教学产品的功能都比较单一,比如一套系统只能做电机调速系统,而无法进行重组来完成其它动作或者其它有助于教育少儿的功能。
但是,现有技术中的机器人虽然可以实现教学功能,但是基本上还是需要通过学习者自己确定学习阶段和进度,而不能通过与学生的交互进行学习测试,也无法判断学习者是否已经完成学习课程计划,并且达到学习课程计划所要求的标准;也不能通过测试学生的个性进行因材施教,更好的为学生学习服务。知识是由学生通过主动性的学习、理解和练习而积极建构的,而不是通过简单的感觉而被动接受的。知识的功能是适应学习者自己的经验世界,帮助我们去解决未来的问题,变为学生解决问题的实际能力。教育机器人应当能够引导学生通过主动性的学习、理解和练习而积极建构其知识结构和能力结构,并且循序渐进的完成教学计划,完成教学目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有教育机器人缺乏主动引导学生学习以积极构建其知识结构的缺陷,提供一种基于人工智能的网络交互式教育方法及其机器人,以有效解决背景技术中的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
一种基于人工智能的网络交互式教育方法,其特征在于,其包括如下步骤:
(1)设置一网络交互式教育机器人硬件部分,在该本体底部安装有驱动机构,其本体头部正面安装有中央处理器、语音播报模块和液晶显示模块,本体头部顶部安装有投影模块、网络通讯模块、蓝牙和扫描模块;该本体头部两侧安装有声音采集模块,其腹部安装有人机互动控制模块;
(2)在所述的人机互动控制模块内设置软件部分,该软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;
(3)使所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序启动、并接入到互联网系统中,所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将单个学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;
(4)机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序,控制教育机器人硬件部分与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育。
一种实现前述方法的基于人工智能的网络交互式教育机器人,包括本体,其特征在于,该本体包括网络交互式教育机器人的硬件部分及内置的软件部分;在该本体底部安装有驱动机构,其本体头部正面安装有中央处理器、语音播报模块和液晶显示模块,本体头部顶部安装有投影模块、网络通讯模块、蓝牙和扫描模块;该本体头部两侧安装有声音采集模块,其腹部安装有人机互动控制模块;所述的人机互动控制模块内设置有软件部分,该软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序启动、并接入到互联网系统中,所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将单个学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;所述机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序;控制教育机器人硬件部分如液晶显示模块等实现对本体的控制并与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育。
作为本发明的一种优选技术方案,所述声音采集模块包括数字麦克风和模拟麦克风。
作为本发明的一种优选技术方案,所述扫描模块包括高清摄像机。
作为本发明的一种优选技术方案,所述液晶显示模块为触控屏。
作为本发明的一种优选技术方案,所述投影模块为高清投影仪。
作为本发明的一种优选技术方案,所述本体背部设有总开关按钮及USB接口。
本发明所达到的有益效果是:
本发明提供的方法,通过软硬件结合实现人工智能,其软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将单个学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;人机交互现实控制系统程序;机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序,控制教育机器人硬件部分与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育;克服了现有教育机器人不能实现主动引导式学习的不足,其能够引导学生通过主动性的学习、理解和练习而积极建构其知识结构和能力结构,并且循序渐进的完成教学计划,完成教学目标。
本发明提供的机器人,其麦克风采集语音指令、高清摄像机摄取面部表情提供给人机互动控制模块,使中央处理器可以根据该语音信息、面部表情信息和存储装置中存储的对应关系执行相应操作,以实现人机互动,还能通过扫描课本内容等实现网上搜索;通过网络通讯装置连接云端服务器实现实时下载和更新;通过液晶显示模块和语音播报装置显示动漫性学习画面以助少儿学习;提供蓝牙和USB接口以方便连接外部设备;本发明能够引导学习者通过主动和协同学习的方法类来构建自己的知识体系,促进学生感知、感官及综合能力的发展,同时,引导学生在人机互动中学习及成长,并可以通过人机互动来引导学生通过主动性的学习、理解和练习而积极建构其知识结构和能力结构,并且循序渐进的完成教学计划,完成教学目标。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1:本发明机器人的整体外形结构示意图;
图2:本发明的模块组成结构示意图。
图中标号:1、本体;2、中央处理器;3、闪存模块;4、驱动机构;5、存储装置;6、语音播报模块;7、液晶显示模块;8、投影模块;9、网络通讯模块;10、蓝牙;11、USB接口;12、电源;13、人机互动控制模块;14、声音采集模块;15、扫描模块;16、执行模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
如图1~图2所示,本发明提供的基于人工智能的网络交互式教育方法,其包括如下步骤:
(1)设置一网络交互式教育机器人硬件部分即其本体1,在该本体1底部安装有驱动机构4,其本体1头部正面安装有中央处理器2、语音播报模块6和液晶显示模块7,本体1头部顶部安装有投影模块8、网络通讯模块9、蓝牙10和扫描模块15;该本体1头部两侧安装有声音采集模块14,其腹部安装有人机互动控制模块13;
(2)在所述的人机互动控制模块4内设置软件部分,该软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;
(3)使所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序启动、并接入到互联网系统中,所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将单个学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;人机交互现实控制系统程序;
(4)机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序,控制教育机器人硬件部分与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育。
一种实现前述方法的基于人工智能的网络交互式教育机器人,包括本体1,该本体1包括网络交互式教育机器人的硬件部分及内置的软件部分;在该本体底部安装有驱动机构4,其本体1头部正面安装有中央处理器2、语音播报模块6和液晶显示模块7,本体1头部顶部安装有投影模块8、网络通讯模块9、蓝牙10和扫描模块11;本体1头部两侧安装有声音采集模块14,本体1背部安装有USB接口11和电源12;本体1腹部安装有人机互动控制模块13,本体1头部内部安装有中央处理器2,中央处理器2上设有闪存模块3和存储装置5,电源12电性连接中央处理器2,中央处理器2电性连接驱动机构4、语音播报模块6、液晶显示模块7、投影模块8、网络通讯模块9、蓝牙10、USB接口11和人机互动控制模块13,人机互动控制模块13电性连接声音采集模块14、扫描模块15和执行模块16。
该本体1头部两侧安装有声音采集模块14,其腹部安装有人机互动控制模块13;所述的人机互动控制模块13内设置有软件部分,该软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序启动、并接入到互联网系统中,所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将单个学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序、人机交互现实控制系统程序;所述机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序,控制教育机器人硬件部分与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育。
所述的声音采集模块14包括数字麦克风和模拟麦克风,扫描模块15包括高清摄像机,液晶显示模块7为触控屏,投影模块8为高清投影仪,本体1背部设有总开关按钮。
具体工作原理:通过本体1背部的总开关按钮启动机器人,使机器人连接到互联网网络中;使所述的人机互动控制模块4内设置软件部分启动,包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;使所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序启动、并接入互联网系统中的资源;所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将单个学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;控制教育机器人硬件部分如液晶显示模块7等实现对本体1的控制并与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育。
当学生需要与机器人互动时,本体1会通过麦克风采集语音指令、高清摄像机实时摄取面部表情,中央处理器2根据收集到的信息和存储装置5中存储的对应程序执行相应操作,以实现人机互动,当需要解答某些问题时,本体1会通过摄像机扫描课本内容,经网络云端服务器搜索相关解决方案,并通过液晶显示模块和语音播报装置显示动漫性学习画面,当需要连接蓝牙时,可通过触控屏手动开启连接或语音控制连接;关机时,可通过总开关按钮关机,也可通过语音指令进行关机操作。
本发明所达到的有益效果是:
本发明提供的方法,通过软硬件结合实现人工智能,其软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将单个学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;人机交互现实控制系统程序;机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序,控制教育机器人硬件部分与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育;克服了现有教育机器人不能实现主动引导式学习的不足。
本发明通过机器人,通过麦克风采集语音指令、高清摄像机摄取面部表情提供给人机互动控制模块,使中央处理器可以根据该语音信息、面部表情信息和存储装置中存储的对应关系执行相应操作,以实现人机互动,还能通过扫描课本内容等实现网上搜索;通过网络通讯装置连接云端服务器实现实时下载和更新;通过液晶显示模块和语音播报装置显示动漫性学习画面以助少儿学习;提供蓝牙和USB接口以方便连接外部设备。本发明通过人机互动,使其能够引导学生通过主动性的学习、理解和练习而积极建构其知识结构和能力结构,并且循序渐进的完成教学计划,完成教学目标。
最后应说明的是:以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)
1.一种基于人工智能的网络交互式教育方法,其特征在于,其包括如下步骤:
(1)设置一网络交互式教育机器人硬件部分,该硬件部分包括本体,在该本体底部安装有驱动机构,该教育机器人的本体头部正面安装有中央处理器、语音播报模块和液晶显示模块,该教育机器人的本体头部顶部安装有投影模块、网络通讯模块、蓝牙和扫描模块;该教育机器人的本体头部两侧安装有声音采集模块,该教育机器人的腹部安装有人机互动控制模块;
(2)在所述的人机互动控制模块内设置软件部分,该软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;
(3)使所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序启动、并接入到互联网系统中,所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将个体学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;
(4)机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序,控制教育机器人硬件部分与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育。
2.一种实现权利要求1方法的基于人工智能的网络交互式教育机器人,包括本体,其特征在于,该本体包括网络交互式教育机器人的硬件部分及内置的软件部分;在该教育机器人的本体底部安装有驱动机构,在该教育机器人的本体头部正面安装有中央处理器、语音播报模块和液晶显示模块,该教育机器人的本体头部顶部安装有投影模块、网络通讯模块、蓝牙和扫描模块;该教育机器人的本体头部两侧安装有声音采集模块,其腹部安装有人机互动控制模块;所述的人机互动控制模块内设置有软件部分,该软件包括机器人主体程序、主动引导差异性学习算法控制系统程序以及人机交互现实控制系统程序;所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序启动、并接入到互联网系统中,所述的主动引导差异性学习算法控制系统程序利用主动和协同学习的方法类来生成差异性大的个体学习神经网络,并通过协同作用将个体学习神经网络的输出数据进行结合,然后输出给机器人主体程序;人机交互现实控制系统程序;所述机器人主体程序控制人机交互现实控制系统程序,控制教育机器人硬件部分与学生互动,实现对学生学习的交互式主动引导式教育。
3.根据权利要求2的基于人工智能的网络交互式教育机器人,其特征在于,其还包括电源,所述的中央处理器(2)上设有闪存模块(3)和存储装置(5),所述电源(12)电性连接中央处理器(2),所述中央处理器(2)电性连接驱动机构(4)、语音播报模块(6)、液晶显示模块(7)、投影模块(8)、网络通讯模块(9)、蓝牙(10)、USB接口(11)和人机互动控制模块(13),所述人机互动控制模块(13)电性连接声音采集模块(14)、扫描模块(15)和执行模块(16)。
4.根据权利要求2的基于人工智能的网络交互式教育机器人,其特征在于,所述声音采集模块(14)包括数字麦克风和模拟麦克风。
5.根据权利要求2的基于人工智能的网络交互式教育机器人,其特征在于,所述扫描模块(15)包括高清摄像机。
6.根据权利要求2的基于人工智能的网络交互式教育机器人,其特征在于,所述液晶显示模块(7)为触控屏。
7.根据权利要求2的基于人工智能的网络交互式教育机器人,其特征在于,所述投影模块(8)为高清投影仪。
8.根据权利要求2的基于人工智能的网络交互式教育机器人,其特征在于,所述本体(1)背部设有总开关按钮及USB接口。
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