CN109741645A - Ai机器人引导及互动对话教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了AI机器人引导及互动对话教学系统，包括主板芯片、音频模块、存储器、数据交互模块、语音交互模块、表情模块、射频芯片、WIFI芯片、WIFI天线、电源管理芯片、充电模块和控制端；其中，所述控制端用于通过所述数据交互模块与所述主板芯片联接，所述控制端包括辅助控制器、数据录入单元、数据展示模块和数据搜索单元；本发明可直接通过云平台知识库调取数据，集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、计算机硬件、软件、人工智能等众多领域的科学与技术知识，使其具有很高的趣味性，有效激发学生对学习的兴趣，突破以往的学习方式，使孩子对学习更加感兴趣，也减少孩子沉迷于游戏、电视等，培养孩子良好的生活习惯和学习习惯。

Description

AI机器人引导及互动对话教学系统

技术领域

本发明涉及教学电子产品技术领域，具体为AI机器人引导及互动对话教学系统。

背景技术

人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等，机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作，随着人工智能技术的发展，机器人技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。

现有技术存在以下问题：

目前市场上现有的早教设备大部分功能比较单一，智能播放本机内部预存的内容，获取的知识量少，消费者只能获取简单的知识，并且无法进行知识的更新，并且还缺乏机器与人的互动，另外随着技术的发展和小孩的需求，越来越多的玩具机器人开始出现，与此同时，如何将玩具机器人与小孩教育结合起来，形成一种寓教于乐的教育方式，是一个比较值得解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供AI机器人引导及互动对话教学系统，以解决上述背景技术中提出目前市场上现有的早教设备大部分功能比较单一，智能播放本机内部预存的内容，获取的知识量少，消费者只能获取简单的知识，并且无法进行知识的更新，并且还缺乏机器与人的互动，另外随着技术的发展和小孩的需求，越来越多的玩具机器人开始出现，与此同时，如何将玩具机器人与小孩教育结合起来，形成一种寓教于乐的教育方式，是一个比较值得解决的问题的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：AI机器人引导及互动对话教学系统，包括主板芯片、音频模块、存储器、数据交互模块、语音交互模块、表情模块、射频芯片、WIFI芯片、WIFI天线、电源管理芯片、充电模块和控制端；

其中，所述控制端用于通过所述数据交互模块与所述主板芯片连接，所述控制端包括辅助控制器、数据录入单元、数据展示模块和数据搜索单元，所述数据录入单元用于录入题库和对应的教学规则，所述数据录入单元用于将题库和教学规则传输到辅助控制器，所述辅助控制器通过数据交互模块向主板芯片传输题库和对应的教学规则；

所述主板芯片与所述表情模块连接，当需要机器人做出表情时，所述主板芯片从所述存储器读取当前的表情数据，所述表情模块在接收到所述表情数据时，则传输到主板内，所述主板包括表情板接口和呼吸灯驱动，在主板将所述表情数据传输到所述表情接口，由所述表情接口将所述表情数据传输到所述呼吸灯驱动，所述呼吸灯驱动控制所述鞭子灯闪烁；

所述数据交互模块与所述语音交互模块连接，所述语音交互模块包括语音语义、语义文字搜索、基带信号编码合成、基带信号编码合成、音频还原和喇叭，当用户向机器人语音对话时，所述语音语义将话语信息传输到所述语义文字搜索内，所述基带信号编码合成将语义编码，并传输到网络信号传输，所述网络信号传输将编码传输到云平台知识库，所述云平台知识库处理编码，得到相应的编码，并传输到WIFI网络信号传输，所述WIFI网络信号传输将编码传输到基站信号传输，所述基站信号传输与所述基带信号编码合成连接，所述基带信号编码合成将编码合成，所述基带信号编码合成将合成编码传输到所述音频还原，所述音频还原与喇叭连接，所述喇叭将处理后的语音播放。

作为本技术方案的进一步优选的：所述题库包括教学问题组、对应答案信息组和对应知识点信息组，所述教学问题组由若干个教学问题组成，教学问题数量为预设值X1，所述对应答案信息组由若干个教学问题对应答案信息组组成，所述知识点信息组由若干个教学问题组对应的知识点信息组组成。

作为本技术方案的进一步优选的：所述表情模块用于控制机器人眼睛表情的动态变化，所述辫子灯与呼吸灯驱动连接，其用于满足机器人鞭子炫彩变换。

作为本技术方案的进一步优选的：所述主板芯片与所述电源管理芯片连接，所述电源管理芯片与所述充电模块连接，所述充电模块用于为所述电源管理芯片提供电源，所述电源管理芯片分别与TF卡接口和SIM卡接口连接，且SIM卡接口连接至主板基带芯片模块，所述电源管理芯片用于为所述主板芯片提供电源，所述电源管理芯片与所述WIFI天线连接。

作为本技术方案的进一步优选的：所述充电模块包括USB接口、电源接口和充电管系统，所述USB接口和所述电源接口均与所述充电管理系统连接，所述USB接口用于传输信号的作用，所述电源接口用于连接外部电源的作用，所述充电管理系统用户将电压转换的作用。

作为本技术方案的进一步优选的：所述音频模块包括主硅麦、降噪麦和音频功放模块，所述音频功放模块与喇叭接口连接，所述音频功放模块用于将语音数字信号还原，并通过机器人的所述喇叭播放出来，所述主硅麦与主硅麦板连接，所述降噪麦与降噪麦板连接。

作为本技术方案的进一步优选的：所述主板芯片与所述射频芯片连接，其所述射频芯片用于将信号发出，所述射频芯片与所述WIFI芯片连接，所述WIFI芯片与所述WIFI天线连接，由所述WIFI芯片将信号转换传输到所述WIFI天线内，所述WIFI天线与用户终端设备连接。

作为本技术方案的进一步优选的：所述主板芯片与所述显示模块连接，所述主板芯片将数据传输到所述显示模块进行实时显示。

作为本技术方案的进一步优选的：所述显示模块可为液晶显示屏、LCD屏和投影屏中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明可直接通过云平台知识库调取数据，集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、计算机硬件、软件、人工智能等众多领域的科学与技术知识，使其具有很高的趣味性，有效激发学生对学习的兴趣，突破以往的学习方式，使孩子对学习更加感兴趣，也减少孩子沉迷于游戏、电视等，培养孩子良好的生活习惯和学习习惯。

2、本发明通过家长控制端的设置，能够设置一个有效的时间段，同时合理的安排休息时间，让儿童参与学习，在每次学习时间到来时，会通过启动语音和控制器内预设有回应指令，判定儿童已经准备就绪并开始进行学习，如果没有得到相应的回应指令，则不会启动教学，避免因为儿童不在场而造成系统的启动。

3、本发明通过控制器结合相关规则整理出当前尚未掌握的题目对应的知识点信息，之后将尚未掌握的知识点信息回传到控制端，通过数据搜索单元自动检索题目并返回到语音播放模块直到掌握对应题库范围的所有题目；当对应范围所有的题目都已掌握时，则会提示输入新的教学范围信息，重新进行教学，使得儿童能够全面的掌握家长输入范围的知识点信息。

附图说明

图1为本发明的AI机器人系统交互引导框架图；

图2为本发明的AI机器人系统数据交互原理图；

图3为本发明的AI机器人系统表情原理图；

图4为本发明的AI机器人系统语音交互原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”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，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：AI机器人引导及互动对话教学系统，包括主板芯片、音频模块、存储器、数据交互模块、语音交互模块、表情模块、射频芯片、WIFI芯片、WIFI天线、电源管理芯片、充电模块和控制端；

其中，所述控制端用于通过所述数据交互模块与所述主板芯片连接，所述控制端包括辅助控制器、数据录入单元、数据展示模块和数据搜索单元，所述数据录入单元用于录入题库和对应的教学规则，所述数据录入单元用于将题库和教学规则传输到辅助控制器，所述辅助控制器通过数据交互模块向主板芯片传输题库和对应的教学规则；

所述主板芯片与所述表情模块连接，当需要机器人做出表情时，所述主板芯片从所述存储器读取当前的表情数据，所述表情模块在接收到所述表情数据时，则传输到主板内，所述主板包括表情板接口和呼吸灯驱动，在主板将所述表情数据传输到所述表情接口，由所述表情接口将所述表情数据传输到所述呼吸灯驱动，所述呼吸灯驱动控制所述鞭子灯闪烁；

所述数据交互模块与所述语音交互模块连接，所述语音交互模块包括语音语义、语义文字搜索、基带信号编码合成、基带信号编码合成、音频还原和喇叭，当用户向机器人语音对话时，所述语音语义将话语信息传输到所述语义文字搜索内，所述基带信号编码合成将语义编码，并传输到网络信号传输，所述网络信号传输将编码传输到云平台知识库，所述云平台知识库处理编码，得到相应的编码，并传输到WIFI网络信号传输，所述WIFI网络信号传输将编码传输到基站信号传输，所述基站信号传输与所述基带信号编码合成连接，所述基带信号编码合成将编码合成，所述基带信号编码合成将合成编码传输到所述音频还原，所述音频还原与喇叭连接，所述喇叭将处理后的语音播放。

本实施例中，具体的：所述题库包括教学问题组、对应答案信息组和对应知识点信息组，所述教学问题组由若干个教学问题组成，教学问题数量为预设值X1，所述对应答案信息组由若干个教学问题对应答案信息组组成，所述知识点信息组由若干个教学问题组对应的知识点信息组组成。

本实施例中，具体的：所述表情模块用于控制机器人眼睛表情的动态变化，所述辫子灯与呼吸灯驱动连接，其用于满足机器人鞭子炫彩变换。

本实施例中，具体的：所述主板芯片与所述电源管理芯片连接，所述电源管理芯片与所述充电模块连接，所述充电模块用于为所述电源管理芯片提供电源，所述电源管理芯片分别与TF卡接口和SIM卡接口连接，且SIM卡接口连接至主板基带芯片模块，所述电源管理芯片用于为所述主板芯片提供电源，所述电源管理芯片与所述WIFI天线连接。

本实施例中，具体的：所述充电模块包括USB接口、电源接口和充电管系统，所述USB接口和所述电源接口均与所述充电管理系统连接，所述USB接口用于传输信号的作用，所述电源接口用于连接外部电源的作用，所述充电管理系统用户将电压转换的作用。

本实施例中，具体的：所述音频模块包括主硅麦、降噪麦和音频功放模块，所述音频功放模块与喇叭接口连接，所述音频功放模块用于将语音数字信号还原，并通过机器人的所述喇叭播放出来，所述主硅麦与主硅麦板连接，所述降噪麦与降噪麦板连接。

本实施例中，具体的：所述主板芯片与所述射频芯片连接，其所述射频芯片用于将信号发出，所述射频芯片与所述WIFI芯片连接，所述WIFI芯片与所述WIFI天线连接，由所述WIFI芯片将信号转换传输到所述WIFI天线内，所述WIFI天线与用户终端设备连接。

本实施例中，具体的：所述主板芯片与所述显示模块连接，所述主板芯片将数据传输到所述显示模块进行实时显示。

本实施例中，具体的：所述显示模块可为液晶显示屏、LCD屏和投影屏中的任意一种。

机器人人机交互原理：

1、用户通过主硅麦板/按键对机器人下达指令，机器人通过音频模块将对话内容输送至主板基带芯片模块，并通过主板基带芯片模块对其语音语义进行文字搜索；

2、通过基带信号编码合成步骤1中文字搜索的内容，并通过WIFI网络信号/基站信号传输至云平台知识库，并在云平台知识库中调取对应的内容；

3、将步骤2中调取的内容通过基带信号编码解码，通过WIFI网络信号/基站信号传输至音频模块进行语音还原和音频还原；

4、通过声音输出模块将步骤3还原后的内容播放出来，实现人机语音交互。

机器人人机数据交互原理：

1、获取题库范围信息和数量信息X1；

2、根据题库范围信息从互联网内获取对应的大量待更新教学问题、对应待更新答案信息和对应待更新知识点信息；

3、获取到数据缓存单元的已掌握知识点，去除掉待更新知识点信息内和已掌握知识点一致的知识点信息形成更新知识点信息组，获取到更新知识点信息组对应的更新教学问题组和更新答案信息组；

4、将更新知识点信息组、更新教学问题组和更新答案信息组融合形成更新题库。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于，包括主板芯片、音频模块、存储器、数据交互模块、语音交互模块、表情模块、射频芯片、WIFI芯片、WIFI天线、电源管理芯片、充电模块和控制端；

其中，所述控制端用于通过所述数据交互模块与所述主板芯片连接，所述控制端包括辅助控制器、数据录入单元、数据展示模块和数据搜索单元，所述数据录入单元用于录入题库和对应的教学规则，所述数据录入单元用于将题库和教学规则传输到辅助控制器，所述辅助控制器通过数据交互模块向主板芯片传输题库和对应的教学规则；

所述主板芯片与所述表情模块连接，当需要机器人做出表情时，所述主板芯片从所述存储器读取当前的表情数据，所述表情模块在接收到所述表情数据时，则传输到主板内，所述主板包括表情板接口和呼吸灯驱动，在主板将所述表情数据传输到所述表情接口，由所述表情接口将所述表情数据传输到所述呼吸灯驱动，所述呼吸灯驱动控制所述鞭子灯闪烁；

所述数据交互模块与所述语音交互模块连接，所述语音交互模块包括语音语义、语义文字搜索、基带信号编码合成、基带信号编码合成、音频还原和喇叭，当用户向机器人语音对话时，所述语音语义将话语信息传输到所述语义文字搜索内，所述基带信号编码合成将语义编码，并传输到网络信号传输，所述网络信号传输将编码传输到云平台知识库，所述云平台知识库处理编码，得到相应的编码，并传输到WIFI网络信号传输，所述WIFI网络信号传输将编码传输到基站信号传输，所述基站信号传输与所述基带信号编码合成连接，所述基带信号编码合成将编码合成，所述基带信号编码合成将合成编码传输到所述音频还原，所述音频还原与喇叭连接，所述喇叭将处理后的语音播放。

2.根据权利要求1所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述题库包括教学问题组、对应答案信息组和对应知识点信息组，所述教学问题组由若干个教学问题组成，教学问题数量为预设值X1，所述对应答案信息组由若干个教学问题对应答案信息组组成，所述知识点信息组由若干个教学问题组对应的知识点信息组组成。

3.根据权利要求1所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述表情模块用于控制机器人眼睛表情的动态变化，所述辫子灯与呼吸灯驱动连接，其用于满足机器人鞭子炫彩变换。

4.根据权利要求1所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述主板芯片与所述电源管理芯片连接，所述电源管理芯片与所述充电模块连接，所述充电模块用于为所述电源管理芯片提供电源，所述电源管理芯片分别与TF卡接口和SIM卡接口连接，且SIM卡接口连接至主板基带芯片模块，所述电源管理芯片用于为所述主板芯片提供电源，所述电源管理芯片与所述WIFI天线连接。

5.根据权利要求4所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述充电模块包括USB接口、电源接口和充电管系统，所述USB接口和所述电源接口均与所述充电管理系统连接，所述USB接口用于传输信号的作用，所述电源接口用于连接外部电源的作用，所述充电管理系统用户将电压转换的作用。

6.根据权利要求1所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述音频模块包括主硅麦、降噪麦和音频功放模块，所述音频功放模块与喇叭接口连接，所述音频功放模块用于将语音数字信号还原，并通过机器人的所述喇叭播放出来，所述主硅麦与主硅麦板连接，所述降噪麦与降噪麦板连接。

7.根据权利要求1所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述主板芯片与所述射频芯片连接，其所述射频芯片用于将信号发出，所述射频芯片与所述WIFI芯片连接，所述WIFI芯片与所述WIFI天线连接，由所述WIFI芯片将信号转换传输到所述WIFI天线内，所述WIFI天线与用户终端设备连接。

8.根据权利要求1所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述主板芯片与所述显示模块连接，所述主板芯片将数据传输到所述显示模块进行实时显示。

9.根据权利要求8所述的AI机器人引导及互动对话教学系统，其特征在于：所述显示模块可为液晶显示屏、LCD屏和投影屏中的任意一种。