CN110176163A - 一种教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种教学系统，包括：教学机器人终端和服务器，所述教学机器人终端与所述服务器建立通信连接，所述教学机器人终端，用于获取用户的特征信息，并将所述特征信息发送给所述服务器，所述服务器，用于根据接收的特征信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制所述教学机器人终端，以使所述教学机器人终端按照所述教学方式教学。与现有技术相比，本发明实施例将机器人技术应用于教学中，利用教学机器人终端和服务器之间的数据交互，确定了对应于用户特征信息的教学方式，实现了教学的智能性。

Description

一种教学系统

技术领域

本发明实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种教学系统。

背景技术

近年来，随着人工智能和深度学习等技术的不断成熟，机器人技术得到迅速发展，并在人类的生产和生活中发挥着越来越重要的作用，比如可以在一些特定场所，利用机器人完成一些动作和功能，代替人工操作。尤其是利用机器人实现智能化教学，受到越来越多的关注。

传统的教学方式中上课模式单一固定，过于流程化和死板，致使课堂氛围较差，不利于学生的学习和进步。目前，将机器人应用于教学，实现智能化教学的技术相对较少。

发明内容

本发明实施例提供一种教学系统，以提高教学的智能性。

本发明实施例提供一种教学系统，包括：教学机器人终端和服务器，所述教学机器人终端与所述服务器建立通信连接，

所述教学机器人终端，用于获取用户的特征信息，并将所述特征信息发送给所述服务器；

所述服务器，用于根据接收的特征信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制所述教学机器人终端，以使所述教学机器人终端按照所述教学方式教学。

进一步的，所述教学机器人终端，包括：摄像头、语音采集模块、人体感知模块和数据处理模块，所述摄像头、语音采集模块和人体感知模块分别与所述数据处理模块连接，

所述摄像头，用于采集所述用户的图像信息；

所述语音采集模块，用于采集所述用户的语音信号；

所述人体感知模块，用于采集所述用户的动作信号；

所述数据处理模块，用于根据接收的图像信息、语音信号以及动作信号，确定所述用户的特征信息，所述特征信息包括：身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息。

进一步的，所述服务器包括控制器，所述控制器，用于根据接收的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制所述教学机器人终端。

进一步的，所述控制器，具体用于对接收的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息进行分析，确定所述用户的课堂状态信息；

根据所述课堂状态信息确定对应所述用户的教学方式。

进一步的，还包括：教学云平台，所述教学云平台与所述服务器建立通信连接，

所述教学云平台，用于存储教学所用的课程信息；

所述服务器，还用于根据教学需求在所述教学云平台下载相应的课程信息，并控制所述教学机器人终端根据所述课程信息教学。

进一步的，所述控制器，还用于接收所述用户通过用户端发送的评价信息和反馈信息，并根据所述评价信息和反馈信息调整所述课程信息和教学方式。

进一步的，还包括：大数据平台，所述大数据平台与所述服务器建立通信连接，所述大数据平台，用于辅助所述服务器对所述用户的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息进行分析，得到分析结果。

进一步的，所述教学机器人终端还包括：发声模块，所述发声模块与所述数据处理模块连接，用于根据所述用户的课堂状态信息与所述用户进行互动。

进一步的，所述教学机器人终端还包括：急停操作按钮，用于当所述教学机器人终端的运动失控时，通过触发所述急停操作按钮使所述教学机器人终端停止运动。

进一步的，所述教学机器人终端还包括：超声波传感器，所述超声波传感器与所述数据处理模块连接，用于识别所述教学机器人终端设定区域内的障碍物。

本发明实施例提供一种教学系统，包括：教学机器人终端和服务器，所述教学机器人终端与所述服务器建立通信连接，所述教学机器人终端，用于获取用户的特征信息，并将所述特征信息发送给所述服务器，所述服务器，用于根据接收的特征信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制所述教学机器人终端，以使所述教学机器人终端按照所述教学方式教学。与现有技术相比，本发明实施例将机器人技术应用于教学中，利用教学机器人终端和服务器之间的数据交互，确定了对应于用户特征信息的教学方式，实现了教学的智能性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种教学系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种教学机器人终端的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种服务器的结构图；

图4为本发明实施例提供的另一种教学系统的结构图；

图5为本发明实施例提供的一种教学系统的教学过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本发明实施例提供的一种教学系统的结构图，本实施例可适用于教学中，实现教学的智能化。具体的，参考图1，该系统包括：教学机器人终端1和服务器2，教学机器人终端1与服务器2建立通信连接，

教学机器人终端1，用于获取用户的特征信息，并将所述特征信息发送给服务器2；

服务器2，用于根据接收的特征信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制教学机器人终端1，以使教学机器人终端1按照所述教学方式教学。

特征信息是表征用户特征的信息，例如身份、表情、语言和肢体动作等信息，可以反映用户的当前状态，比如注意力不集中或对所讲内容存在疑惑等，实施例对特征信息的获取方式不进行限定，例如可以通过采集用户的图像信息和语音信号等，对图像信息和语音信号进行分析，获取用户的身份、表情和语言内容等，作为特征信息，也可以直接接收用户输入的反映用户状态的信息，作为特征信息。教学方式即为根据用户的特征信息确定的一种改善用户当前状态的方式，可以包括根据用户的特征信息个性化设置的课程内容，比如针对某些问题，用户没有回答上来或回答错误，可以根据该用户的知识掌握情况，为该用户布置相应的作业以加强该部分的学习。也可以包括适用于大多数用户的课堂风格，如课程展示形式、发音、语速和语调等，其中，课堂展示形式包括但不限于文字、多媒体文件、图片和动画，这种根据用户的特征信息确定适合的教学方式可以提高学生的注意力和学习的积极性。

教学机器人终端1根据所处的环境，可以选择不同的模式，比如在校园门口时，可以选择家长模式，自动对接送学生的用户的图像信息进行识别，保证学生的安全。在操场、活动室或教学楼大厅时，可以选择互动模式，与学生进行互动。在教室时，可以选择教学模式，辅助教学。具体的，以在教室为例，教学机器人终端1可以实时采集各个用户的图像信息、语音信号和动作信息等，进而确定各个用户的身份、表情和肢体动作，并将用户的身份、表情和肢体动作等信息发送给服务器2，由服务器2进行综合分析，并根据分析结果选择一种合适的教学方式，控制教学机器人终端1按照确定的教学方式教学，提高教学的智能性。本实施例中的教学机器人终端1和服务器2可以通过无线的方式实时通信，使教学机器人终端1及时的获取教学方式，并根据教学方式进行教学。

示例性的，教学机器人终端1对某课程的某部分内容进行讲解，讲解过程中实时采集课堂上各个用户的图像信息，根据采集的图像信息确定各个用户的身份信息和对应的表情信息，并将表情信息和当前的课程内容发送给服务器2。服务器2对接收的各个表情信息进行分析处理，假定课堂上有20个学生，经分析发现有15个学生的表情是疑惑或者皱眉，则认为当前课程内容晦涩难懂，服务器2根据当前的课程内容着重突出晦涩难懂的部分，并增加相应的练习，由教学机器人终端1执行，以加深用户对该部分内容的理解。

本实施例中的教学机器人终端1除了可以采集用户的图像信息、语音信号和动作等信息，还可以和用户进行互动，比如当识别到用户的状态不佳时，可以提醒用户集中注意力，也可以与用户进行问答，了解用户的学习情况。需要说明的是，本实施例的教学机器人终端1可以代替教师教学，也可以辅助教师完成教学，教学机器人终端1的加入提高了教学的智能性和灵活性。

本发明实施例提供一种教学系统，包括：教学机器人终端和服务器，所述教学机器人终端与所述服务器建立通信连接，所述教学机器人终端，用于获取用户的特征信息，并将所述特征信息发送给所述服务器，所述服务器，用于根据接收的特征信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制所述教学机器人终端，以使所述教学机器人终端按照所述教学方式教学。与现有技术相比，本发明实施例将机器人技术应用于教学中，利用教学机器人终端和服务器之间的数据交互，确定了对应于用户特征信息的教学方式，实现了教学的智能性。

在上述实施例的基础上，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种教学机器人终端的结构图，教学机器人终端1，包括：摄像头13、语音采集模块102、人体感知模块15和数据处理模块11，摄像头13、语音采集模块102和人体感知模块15分别与数据处理模块11连接，

摄像头13，用于采集所述用户的图像信息；

语音采集模块102，用于采集所述用户的语音信号；

人体感知模块15，用于采集所述用户的动作信号；

数据处理模块11，用于根据接收的图像信息、语音信号以及动作信号，确定所述用户的特征信息，所述特征信息包括：身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息。

摄像头13可以采集用户的图像信息，该图像信息中包括用户的人脸，摄像头13的安装位置可以根据需要选择，例如可以设置在教学机器人终端1的头部，当然也可以设置在教学机器人终端1的身体上，本实施例的教学机器人终端1在头部和身体上分别设置了摄像头13，这样设置的好处是可以采集不同身高的用户的图像信息，保证图像信息的完整性。语音采集模块102可以采集用户的语音信号，比如用户说了什么。人体感知模块15可以采集用户的动作信号，周围用户的数量以及与周围用户之间的距离信息等。

数据处理模块11可以根据接收的图像信息、语音信号以及动作信号，确定用户的特征信息。具体的，可以对摄像头13采集的图像信息进行识别，确定用户的身份信息和表情状态信息，实施例对具体的识别方法不进行限定，例如可以采用常见的人脸识别方法，其中身份信息可以是用户的姓名和性别等信息，表情状态信息可以是高兴、痛苦或疑惑等。根据图像信息识别用户的身份既有助于个性化设置教学方式，又可以实现签到。比如，课程开始之前，教学机器人终端1可以采集来上课的学生的图像信息，将采集的图像信息与预先存储的信息进行匹配，完成签到，无需人工点名，简单方便。

也可以对接收的语音信号进行识别，确定相应的语音内容，例如，针对某个问题，可以通过语音采集模块14采集用户的语音信号，识别用户回答的语音内容，进而根据语音内容了解用户对该知识点的掌握程度。可选的，在进行识别之前，可以先对接收的语音信号进行滤波和回声消除等处理，以提高语音信号的质量。还可以对接收的动作信号进行分析，确定用户的肢体动作信息，比如托腮、挠头或举手等肢体动作，增加对用户的了解程度。

在上述实施例的基础上，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种服务器的结构图，服务器2包括控制器21，控制器21，用于根据接收的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制教学机器人终端1。

具体的，控制器21对接收的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息等综合分析，确定学生的上课情况和对知识的掌握程度，根据学生的上课情况和对知识的掌握程度，确定熟悉、重点和难点部分，并针对不用的部分采取不同的强化方式。例如对于熟悉的部分，可以进行深层次的挖掘或扩展，对于难点部分，深入讲解其原理，并给出相应的课后练习，加深学生的理解，对于重点部分，以提问的方式验证和增加记忆。为了帮助学生的理解，当学生对某部分内容不理解时，可以适当的改变课堂风格，比如可以通过动画、举例或图片等方式帮助学生理解，避免纯文字的枯燥感。灵活的上课方式对于学生快速的掌握和加深对知识的理解具有重要作用。

可选的，服务器2还包括数据收发模块22和通讯模块23，数据收发模块22和通讯模块23分别与控制器21连接，数据收发模块22用于接收数据处理模块11发送的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息等，还用于将控制器11确定的教学方式发送给数据处理模块11。通讯模块23用于与教学机器人终端1的无线通讯模块18进行通讯，完成数据交互。

在上述实施例的基础上，控制器21，具体用于对接收的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息进行分析，确定所述用户的课堂状态信息；

根据所述课堂状态信息确定对应所述用户的教学方式。

课堂状态信息是学生在课堂上的表现信息，比如对课堂的讲解内容是否理解，对提出的问题是否准确回答等，根据学生的课堂状态信息确定对应的教学方式，以增加学生对知识的掌握程度，提高学生学习的积极性，具体情况前面已经介绍，此处不再赘述。

可选的，控制器21还可以根据学生的日常表现分析确定用户的兴趣爱好和擅长的学科，对有特长的学生进行更专业化和兴趣化的教学和锻炼，对不同的兴趣列举出不同的知识，供学生自由的学习和了解。

在上述实施例的基础上，参考图4，图4为本发明实施例提供的另一种教学系统的结构图，该教学系统还包括：教学云平台3，教学云平台3与服务器2建立通信连接，

教学云平台3，用于存储教学所用的课程信息；

服务器2，还用于根据教学需求在教学云平台3下载相应的课程信息，并控制教学机器人终端1根据所述课程信息教学。

具体的，教学云平台3用于存储教学所用的课程信息，包括教材对应的课程信息、教师根据实际情况自己开发的课程信息、服务器2根据学生的课堂状态信息生成智能生成的课程信息或者修改后的课程信息。实际应用时，服务器2可以直接下载教材对应的课程信息，后续根据学生的实际课堂状态信息和掌握情况下载相应的课程信息或者适应性修改，也可以直接下载普遍使用的修改后的课程信息。需要说明的是，教学机器人终端1出厂时存储有一定的课程信息，在满足教学需求时，也可以直接利用出厂时存储的课程信息。

在上述实施例的基础上，控制器21，还用于接收所述用户通过用户端发送的评价信息和反馈信息，并根据所述评价信息和反馈信息调整所述课程信息和教学方式。

评价信息包括学生评价信息、教师评价信息和家长评价信息，其中，学生评价信息包括学生对课程信息、教学方式和课后作业的评价，教师评价信息包括教师对课堂的问答评价、课堂习题评价和课后作业完成情况的评价，家长评价信息包括家长对学生的家庭学习情况、作业完成情况以及教学机器人的沟通交流的评价。反馈信息是学生、教师和/或家长对于教学机器人终端1的教学方式和学生情况等方面的一种反馈，包括学生对教学方式的适应程度、对知识的掌握程度等。根据教学机器人终端1实时采集的学生的特征信息，结合用户端发送的评价信息和反馈信息，可以更全面的了解学生的学习情况、当前的课程信息和教学方式是否适合于学生，为后续的教学提供帮助，比如可以针对不同学生的掌握情况，为每个用户制定有针对性的复习和强化模式。

在上述实施例的基础上，参考图4，该教学系统还包括：大数据平台4，大数据平台4与服务器2建立通信连接，大数据平台4，用于辅助服务器2对所述用户的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息进行分析，得到分析结果。

大数据平台4用于辅助服务器2，对学生的状态进行全面的分析，比如，教学机器人终端1与学生进行问答互动时，服务器2将接收的问题与存储的题库进行匹配，如果匹配失败，需要借助于大数据平台4，通过大数据平台4获取相应的答案，以使教学机器人终端1根据该答案与学生完成互动。实际应用时，服务器2与大数据平台4可以相互配合，以提高分析的准确性。

在上述实施例的基础上，教学机器人终端1还包括：发声模块16，发声模块16与数据处理模块11连接，用于根据所述用户的课堂状态信息与所述用户进行互动。

发声模块16主要是与用户进行交流，例如可以在课堂上与教师和学生进行互动，也可以和家长进行活动，与学生进行互动可以解决学生的疑惑，与教师和家长互动可以使双方充分了解学生的情况，为服务器2全面分析学生的情况提供基础。

在上述实施例的基础上，教学机器人终端1还包括：急停操作按钮101，用于当教学机器人终端1的运动失控时，通过触发急停操作按钮101使教学机器人终端1停止运动。

急停操作按钮101可以设置于教学机器人终端1的身体上，当教学机器人终端1的运动处于失控时，通过触发急停操作按钮101使教学机器人终端1停止运动，避免意外的发生。

在上述实施例的基础上，教学机器人终端1还包括：超声波传感器19，超声波传感器19与数据处理模块11连接，用于识别教学机器人终端1设定区域内的障碍物。

具体的，教学机器人终端1在运动过程中，可以通过超声波传感器19识别设定范围内的障碍物，并确定与障碍物之间的距离，避免与障碍物碰撞。实施例对超声波传感器19识别障碍物的过程不进行限定。可选的，还可以包括：热释电传感器103，又称为人体红外传感器，主要用于检测教学机器人终端1的设定范围内是否有人，相较于超声波传感器19，热释电传感器103检测的距离相对较远。

在上述实施例的基础上，教学机器人终端1还包括：电机控制模块105、电机驱动模块104和导航模块106，电机驱动模块104和导航模块106分别与电机控制模块105连接，

导航模块105，用于根据接收的目标位置信息，生成对应的导航指令，并发送给电机控制模块105；

电机控制模块105，用于根据接收的导航指令控制电机驱动模块104，带动教学机器人1到达目标位置。

在上述实施例的基础上，教学机器人终端1还包括：LED(Light Emitting Diode，发光二极管)阵列12，LED阵列12设置在教学机器人终端1的头部，与数据处理模块11连接，在数据处理模块11的控制下可以显示不同的数字、符号或表情等，其中，表情可以是微笑、悲伤和惊讶等，生动形象。具体的，可以根据接收的语音信号生成对应的表情，比如当采集的语音信号为“微笑”时，可以控制LED阵列12生成“微笑”的表情，也可以在采集到用户的表情为悲伤或哭泣时，自动生成微笑等表情，以缓解该用户的情绪。

在上述实施例的基础上，教学机器人终端1还包括：触摸显示屏17，触摸显示屏17设置在教学机器人终端1的身体上，与数据处理模块11连接，用于与用户进行互动，既可以显示学生的课堂状态信息，还可以接收用户输入的评价和反馈信息。

在上述实施例的基础上，教学机器人终端1还可以与用户端直接建立通信连接，用户通过用户端向教学机器人发送评价和/或反馈信息，比如针对某部分内容，包括难易程度以及接受程度，其中，难易程度可以包括难、较难、一般和容易几个等级，接受程度可以包括很难接受、较难接受和容易接受几个等级。难易程度和接受程度可以根据用户提交的评价信息和反馈信息直接获取，例如，用户针对某部分的具体内容，可以实时的通过用户端向教学机器人终端1提交评价信息和反馈信息，比如难易程度为较难，接受程度为较难接受。也可以通过向用户布置一定的习题，根据用户提交的做题结果确定某部分内容的难易程度以及接受程度，比如大部分用户的做题结果都在九十分左右，可以确定该部分内容的难易程度为容易，用户的接受程度为容易接受。教学机器人终端1根据评价信息和反馈信息可以及时的了解用户对该部分内容的掌握程度，并进行适应性的调整，实现教学的智能性。

示例性的，参考图5，图5为本发明实施例提供的一种教学系统的教学过程示意图。服务器从教学云平台上下载教学所需的课程，以使教学机器人终端按照该课程教学，在教学过程中，利用教学机器人终端实时采集学生在课堂上的图像信息、语音信号和动作信号等日常表现信息，并发送给服务器，服务器借助于大数据平台，对接收的学生的日常表现信息和评价信息等，全面分析学生的学习情况、知识掌握程度、兴趣爱好和特长等，根据分析结果适时和适当的调整课程内容和形式，并针对不同的学生制定不同的学习计划，强化学生的学习和理解。

本发明实施例提供的教学系统可以采集学生的特征信息，接收家长、教师和学生的各种评价信息，并基于学生的特征信息和评价信息综合分析学生的学习情况和知识掌握程度，根据学生的学习情况和知识掌握程度适当的修改课程信息，改进教学方式，有针对性的为学生制定学习计划，以改善学生的学习情况，促进学生的积极性，是一种集备课、授课、学习、复习和评价一体化的系统，避免了千篇一律的课程教材和死板的教学方式，根据学生的实际情况适时的调整课程内容，为不同的学生制定不同的学习计划，同时注重学生兴趣的培养，实现了教学的智能性和灵活性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种教学系统，其特征在于，包括：教学机器人终端和服务器，所述教学机器人终端与所述服务器建立通信连接，

所述教学机器人终端，用于获取用户的特征信息，并将所述特征信息发送给所述服务器；

所述服务器，用于根据接收的特征信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制所述教学机器人终端，以使所述教学机器人终端按照所述教学方式教学。

2.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述教学机器人终端，包括：摄像头、语音采集模块、人体感知模块和数据处理模块，所述摄像头、语音采集模块和人体感知模块分别与所述数据处理模块连接，

所述摄像头，用于采集所述用户的图像信息；

所述语音采集模块，用于采集所述用户的语音信号；

所述人体感知模块，用于采集所述用户的动作信号；

所述数据处理模块，用于根据接收的图像信息、语音信号以及动作信号，确定所述用户的特征信息，所述特征信息包括：身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息。

3.根据权利要求2所述的教学系统，其特征在于，所述服务器包括控制器，所述控制器，用于根据接收的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息，确定对应所述用户的教学方式，并根据所述教学方式控制所述教学机器人终端。

4.根据权利要求3所述的教学系统，其特征在于，所述控制器，具体用于对接收的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息进行分析，确定所述用户的课堂状态信息；

根据所述课堂状态信息确定对应所述用户的教学方式。

5.根据权利要求4所述的教学系统，其特征在于，还包括：教学云平台，所述教学云平台与所述服务器建立通信连接，

所述教学云平台，用于存储教学所用的课程信息；

所述服务器，还用于根据教学需求在所述教学云平台下载相应的课程信息，并控制所述教学机器人终端根据所述课程信息教学。

6.根据权利要求5所述的教学系统，其特征在于，所述控制器，还用于接收所述用户通过用户端发送的评价信息和反馈信息，并根据所述评价信息和反馈信息调整所述课程信息和教学方式。

7.根据权利要求6所述的教学系统，其特征在于，还包括：大数据平台，所述大数据平台与所述服务器建立通信连接，所述大数据平台，用于辅助所述服务器对所述用户的身份信息、表情状态信息、语音内容以及肢体动作信息进行分析，得到分析结果。

8.根据权利要求4所述的教学系统，其特征在于，所述教学机器人终端还包括：发声模块，所述发声模块与所述数据处理模块连接，用于根据所述用户的课堂状态信息与所述用户进行互动。

9.根据权利要求2所述的教学系统，其特征在于，所述教学机器人终端还包括：急停操作按钮，用于当所述教学机器人终端的运动失控时，通过触发所述急停操作按钮使所述教学机器人终端停止运动。

10.根据权利要求2所述的教学系统，其特征在于，所述教学机器人终端还包括：超声波传感器，所述超声波传感器与所述数据处理模块连接，用于识别所述教学机器人终端设定区域内的障碍物。