CN110211454B - 基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法，涉及一种教育机器人及其控制方法，机器人是个多自由度人型机器人，具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，包括机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统、机器人头部系统、机器人电源系统、控制系统。方法是机器人启动后检测自身各个部件的情况以及检测周围障碍物都是否大于安全阈值，随着语音控制左腿系统、右腿系统、左手系统、右手系统、机器人头部系统以及机器人机身系统按照蛙泳教学动作进行协调运动。本发明可提升学习效率和提高教学质量，缩小城乡教学差距，可实现整体灵活配合教学演示，具有灵活性好、智能化程度高、结构简单、成本低的特点，易于推广使用。

Description

基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种教育机器人及其控制方法，特别是一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法。

背景技术

游泳不仅可以强身健体、抗衰延寿，还可以在洪水面前保护自身安全。我国卫生部曾做过统计，平均每年有十几万人死于溺水，而在这部分溺亡的人中有一部分人是不会游泳的，因此，为了减少因不会游泳而溺亡的数量，社会应该需要对大众进行游泳普及教学。蛙泳是一种模仿青蛙游泳动作的一种游泳姿势,也是一种最古老的泳姿。蛙泳时,游泳者可以方便观察前方是否有障碍物,避免撞上障碍物。同时蛙泳比较容易学，而且游泳没有其他泳姿那么费力，可以长距离游泳，所以很多学校体育课都是教蛙泳为主，特别是高校的体育课，大部分高校游泳课程是学习蛙泳。

学习蛙泳的方法很多，目前主要有老师讲解理论知识、亲自演示教学和观看视频教学，但是老师的教学时间有限，视频教学只是个平面，没有立体感，所以无法感受游泳的动作要领。因此，目前在蛙泳教学方面主要存在以下不足：

1．单纯的理论课枯燥无味，导致学生不感兴趣，学习效率低。2．教师亲自做动作演示，老师重复做一个演示动作会过度劳累，而且不同的老师做的动作演示存在不一致，甚至有些老师演示的动作不标准，导致学生学习不到位，其教学质量不高。3．观看视频演示，视频教学大部分都是二维，极少有三维，二维空间只是个平面，没有立体感，所以无法感受游泳的动作要领，三维演示也是无法体验每个动作的细节，而且三维演示价格昂贵、操作复杂。4．许多偏远地区的学校没有专业游泳教师，所以学生无法规范的学习游泳。5．目前有些学校也是有一些简单的教学演示器材，那些器材都是非常简易，灵活性差、动作单一、智能化程度很低，不能实现规范化教学演示，无法满足当代教学需求。

申请公布号为CN108520688A发明专利申请公开了一种蛙泳基本动作教学展示用机器人，但该机器人只能实现腿部及躯干的教学演示，或者只能实现手部及躯干的教学演示，无法实现整体灵活配合教学演示，达不到蛙泳教学演示的效果，而且没有考虑到蛙泳教学演示机器人演示时的安全问题，也没有考虑到人性化设计及操作方便的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法，以解决现有蛙泳教学存在的学习效率低、教学质量不高、现有器材灵活性差、动作单一、无法实现整体灵活配合教学演示的不足之处。

解决上述技术问题的技术方案是：一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人，该机器人包括机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统，还包括机器人头部系统、控制系统、机器人电源系统；该机器人是个多自由度人型机器人，具有与人体运动关节一致的机器人运动关节；所述的机器人腿部系统包括左腿系统和右腿系统，机器人手部系统包括左手系统和右手系统；左腿系统、右腿系统、左手系统和右手系统的顶端分别与机器人机身系统的输出端连接；机器人头部系统的底端与机器人机身系统的输出端连接；所述的控制系统和机器人电源系统相连接且都安装在机器人机身系统内；所述的控制系统包括语音识别模块、中央处理器、电源模块、驱动模块，语音识别模块、电源模块的信号输出端分别与中央处理器的信号输入端连接，中央处理器的信号输出端通过驱动模块分别与左腿系统、右腿系统、左手系统、右手系统、机器人机身系统、机器人头部系统的输入端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的左腿系统包括左脚掌电机、左连接组件电机、左小腿电机、左大腿电机以及依次铰接在一起的机器人左脚掌、机器人左连接组件、机器人左小腿、机器人左大腿，左脚掌电机的输出端与机器人左脚掌连接，左连接组件电机的输出端与机器人左连接组件连接，左小腿电机的输出端与机器人左小腿连接，左大腿电机的输出端与机器人左大腿连接；所述的右腿系统包括右脚掌电机、右连接组件电机、右小腿电机、右大腿电机以及依次铰接在一起的机器人右脚掌、机器人右连接组件、机器人右小腿、机器人右大腿，右脚掌电机的输出端与机器人右脚掌连接，右连接组件电机的输出端与机器人右连接组件连接，右小腿电机的输出端与机器人右小腿连接，右大腿电机的输出端与机器人右大腿连接；所述的左脚掌电机、左连接组件电机、左小腿电机、左大腿电机、右脚掌电机、右连接组件电机、右小腿电机、右大腿电机的输入端分别与控制系统的驱动模块输出端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的机器人机身系统包括左腿控制电机、机身控制电机、左手控制电机、头部控制电机、机身框架、右腿控制电机、右手控制电机，左腿控制电机输出端与左腿系统顶部连接，右腿控制电机输出端与右腿系统顶部连接；左手控制电机输出端与左手系统顶部连接，右手控制电机输出端与右手系统顶部连接；机身控制电机固定在机身框架的下半部分，头部控制电机输出端与机器人头部系统连接，所述的左腿控制电机、机身控制电机、左手控制电机、头部控制电机、右腿控制电机、右手控制电机的输入端分别与控制系统的驱动模块输出端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的左手系统包括左手掌电机、左小臂电机、左大臂电机以及依次铰接在一起的机器人左手掌、机器人左小臂、机器人左大臂；左手掌电机的输出端与机器人左手掌连接，左小臂电机的输出端与机器人左小臂连接，左大臂电机的输出端与机器人左大臂连接，所述的右手系统包括右手掌电机、右小臂电机、右大臂电机以及依次铰接在一起的机器人右手掌、机器人右小臂、机器人右大臂；右手掌电机的输出端与机器人右手掌连接，右小臂电机的输出端与机器人右小臂连接，右大臂电机的输出端与机器人右大臂连接；所述的左手掌电机、左小臂电机、左大臂电机、右手掌电机、右小臂电机、右大臂电机的输入端分别与控制系统的驱动模块输出端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的机器人头部系统包括机器人眼睛、机器人嘴巴，机器人的眼睛为全彩LED，机器人嘴巴内部为拾音器，该机器人眼睛和机器人嘴巴的输入端分别与控制系统的驱动模块输出端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的控制系统还包括人机交互模块、测距模块、报警模块、无线通信模块、电源管理模块、存储模块、图像识别模块、自检模块；所述的测距模块、图像识别模块的信号输出端分别与中央处理器的信号输入端连接，人机交互模块、无线通信模块、存储模块的信号输入输出端分别与中央处理器的信号输入输出端连接，无线通信模块还与手机、PC端、音响进行通信连接；报警模块与中央处理器的信号输出端连接，所述的电源管理模块、自检模块的信号输入端分别与电源模块、机器人电源系统的输出端连接，电源管理模块、自检模块的输出端分别与中央处理器的信号输入端连接；

本发明的进一步技术方案是：该机器人安装在机器人支架系统上，所述的机器人支架系统包括第一电子磁铁、第二电子磁铁、第三电子磁铁、支架，第一电子磁铁、第二电子磁铁、第三电子磁铁分别内嵌在支架上，且第一电子磁铁、第二电子磁铁、第三电子磁铁的输入端分别与中央处理器的输出端连接以便控制电子磁铁的开关；所述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人位于支架上，并通过第一电子磁铁、第二电子磁铁、第三电子磁铁与支架磁性连接在一起。

本发明的另一技术方案是：一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的控制方法，该方法是机器人启动后检测自身各个部件的情况以及检测周围障碍物都是否大于安全阈值，随着语音控制左腿系统、右腿系统、左手系统、右手系统、机器人头部系统以及机器人机身系统按照蛙泳教学动作进行协调运动。

本发明的进一步技术方案是：该方法包括以下步骤：

a).把机器人放在机器人支架系统上并打开第一电子磁铁、第二电子磁铁、第三电子磁铁固定好机器人；

b).启动机器人后通过自检模块检测自身各个部件的情况，同时测距模块和图像识别模块开始工作，检测周围障碍物都是否大于设置的安全阈值，安全阈值为1米，如果是，则继续步骤c)；如果否，则重复步骤b)；

c).机器人所有电机归零，归零时所有电机为90度，左手系统和右手系统伸直，且左手系统和右手系统保持一定的紧张自然向前伸直，与身体成一直线，同时通过无线通信模块连接外置的音响播放运动节拍口令；

d).左手系统的左手掌电机旋转到135度，对应右手系统的右手掌电机旋转到45度；然后左小臂电机旋转到135度，对应右小臂电机旋转到45度；接着左大臂电机旋转到135度，对应右大臂电机旋转到45度；左手控制电机旋转到135度，对应右手控制电机旋转到45度；

e). 左连接组件电机旋转到180度，对应右连接组件电机旋转到180度；左小腿电机旋转到180度，对应右小腿电机旋转到180度；

f). 左手掌电机旋转到90度，对应右手掌电机旋转到90度；然后左小臂电机旋转到180度，对应右小臂电机旋转到90度；接着左大臂电机旋转到180度，对应右大臂电机旋转到90度；左手控制电机旋转到180度，对应右手控制电机旋转到90度，头部控制电机旋转到135度，机身控制电机旋转到135度。

g). 右脚掌电机旋转到45度，对应左脚掌电机旋转到135度；右连接组件电机旋转到180度，对应左连接组件电机旋转到180度；右小腿电机旋转到90度，对应左小腿电机旋转到90度；右腿控制电机旋转到60度，对腿控制电机应左旋转到120度。

h). 左手掌电机旋转到90度，对应右手掌电机旋转到90度；然后左小臂电机旋转到90度，对应右小臂电机旋转到90度；接着左大臂电机旋转到90度，对应右大臂电机旋转到90度；左手控制电机旋转到90度，对应右手控制电机旋转到90度；头部控制电机旋转到95度，机身控制电机旋转到90度。

i). 右脚掌电机旋转到90度，对应左脚掌电机旋转到90度，右连接组件电机旋转到90度，对应左连接组件电机旋转到90度，右小腿电机旋转到90度，对应左小腿电机旋转到90度；右腿控制电机旋转到90度，对应左腿控制电机旋转到90度。

j). 循环执行步骤b)～步骤i)，直至蛙泳教学演示结束。

本发明的再进一步技术方案是：在上述步骤c)～步骤i)中，测距模块和图像识别模块一直保持工作，检测周围障碍物是否大于设置的安全阈值，如果否，立刻暂定动作并报警，直至检测周围障碍物都大于设置安全阈值时，再继续之前未完成的动作。

由于采用上述结构，本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.可提升学习效率：

在游泳教学中上理论课是最枯燥无味，导致学生不感兴趣，学习效率低，即使有些教学器材辅助教学，这些器材也是很多陈旧，无法激起学生的兴趣，还有上理论课时，有些教师讲理论课会亲自做动作配合演示，这样是比较好的，但是老师也只是简单的做几个动作，不能多次重复一个动作，或者一个分解动作停留很长时间，这样会导致老师非常劳累，影响教学。而由于本发明是个多自由度人型机器人，具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，它包括机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统、机器人头部系统、机器人电源系统、控制系统，机器人腿部系统包括左腿系统和右腿系统，机器人手部系统包括左手系统和右手系统；左腿系统、右腿系统、左手系统和右手系统的顶端分别与机器人机身系统的输出端连接；机器人头部系统的底端与机器人机身系统的输出端连接，控制系统包括语音识别模块、中央处理器、电源模块、驱动模块，所述的语音识别模块、电源模块的信号输出端分别与中央处理器的信号输入端连接，中央处理器的信号输出端通过驱动模块分别与机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统、机器人头部系统的输入端连接。因此，本发明用于辅助教学，教师讲理论知识的同时，机器人可进行规范动作演示，从而可激发学生学习兴趣，使学生更好奇，也能更深刻的理解各个动作要领，提升学习效率。

2. 可提高教学质量：

不管是理论课或者实训课都有教师亲自做动作演示，老师重复做一个演示动作会过度劳累，导致教师演示动作不到位，还有同个学校不同的教师示范动作又不一致，甚至有些老师演示的动作不标准，这些都是导致学生学习不到位，极大的影响教学质量。本发明是通过预先存入经专业游泳团队分析、分解的各个动作组，可使每个动作都作到很标准，同时也不存在不同的机器人动作不一致的问题，可实现规范化教学，提高教学质量。

另外，由于本发明的控制系统包括语音识别模块、中央处理器、电源模块、驱动模块，只需要通过语音控制，便可很方便的进行分解动作演示，从而进一步提高了教学质量。

3.缩小城乡教学差距：

目前乡村学校的教学条件是比较落后的，大部分都是没有开设游泳课的条条，没有相应的老师、器材、场地，所以限制一部分游泳爱好者的学习，甚至埋没一些游泳天赋很好的人才；城市在这一块做的相对比较好，有开设游泳课的条件，所以导致城乡游泳教学差距越来越大。本发明的价格便宜、操作简单、人机互动友好，适合于学生自学，也适合外行教师用本发明机器人来对学生进行教学，实现缩小城乡游泳教学差距。

4. 可实现整体灵活配合教学演示

由于本发明是个多自由度人型机器人，具有与人体运动关节一致的机器人运动关节，它包括机器人腿部系统、机器人机身系统、机器人手部系统、机器人头部系统、机器人电源系统、控制系统，通过控制系统的控制，既可以只对腿部及躯干局部动作教学演示，也可以只对手部及躯干局部动作教学演示，也可以实现手、脚、身体整体配合教学演示，可实现整体灵活配合教学演示。

5. 灵活性好：

由于本发明的一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人是个多自由度人型机器人，具有与人体运动关节一致的机器人运动关节和自由度，其活动非常灵活，各个动作可演示得比较到位。

6.安全可靠

本发明在做教学演示过程中，可通过测距模块和图像识别模块自动检测周边环境，当学生和老师离机器人在安全阈值以内就会报警及暂停，可防止学生或者老师不小心靠近受伤，比较安全可靠。

7.智能化程度高：

由于本发明的一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人，其控制系统包括人机交互模块、测距模块、报警模块、无线通信模块、语音识别模块、中央处理器、电源模块、电源管理模块、存储模块、图像识别模块、自检模块、驱动模块；其中，人机交互模块、测距模块、报警模块、无线通信模块、语音识别模块、电源模块、电源管理模块、存储模块、图像识别模块、自检模块、驱动模块都是与中央处理器相连接。本发明在控制机器人执行各种动作演示时，都可以用语音进行操控，也可以用遥控远程控制，甚至还可以播放与教学相对于的广播或者节奏口令；同时还可通过测距模块和图像识别模块检测周围环境，通过自检模块检测运行情况，具有电压电流检测、过压过流保护功能，机器人智能化程度比较高。自动实时监测机器人自身电量、电压、电流、运行环境、音量。

8.结构简单，成本低：

本发明的结构采用比较简单，生产成本较低，易于推广使用。

下面，结合附图和实施例对本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人及其控制方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的结构示意图，

图2：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的支架结构示意图，

图3：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的运行结构示意图1，

图4：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的运行结构示意图2，

图5：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的运行结构示意图3，

图6：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的运行结构示意图4，

图7：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的控制系统的结构框图，

图8：实施例一所述本发明之基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的人机交互模块的控制界面图。

图中的各标号说明如下：

1-机器人腿部系统，

11-左腿系统，

111-机器人左脚掌，112-左脚掌电机，113-机器人左连接组件，

114-左连接组件电机，115-机器人左小腿， 116-左小腿电机，

117-机器人左大腿，118-左大腿电机，

12-右腿系统，

121-机器人右脚掌，122-右脚掌电机，123-机器人右连接组件，

124-右连接组件电机，125-机器人右小腿，126-右小腿电机，

127-机器人右大腿， 128-右大腿电机，

2-机器人机身系统，

21-左腿控制电机，22-机身控制电机，23-左手控制电机，24-头部控制电机，

25-机身框架，26-右腿控制电机，27-右手控制电机，

3-机器人手部系统，

31-左手系统，

311-机器人左手掌，312-左手掌电机，313-机器人左小臂，314-左小臂电机，

315-机器人左大臂，316-左大臂电机，

32-右手系统，

321-机器人右手掌，322-右手掌电机，323-机器人右小臂，324-右小臂电机，

325-机器人右大臂，326-右大臂电机，

4-机器人头部系统，41-机器人嘴巴，42-机器人眼睛，

5-控制系统，

501-人机交互模块，502-测距模块，503-报警模块，504-无线通信模块，

505-语音识别模块，506-中央处理器，507-电源模块，508-电源管理模块，

509-存储模块，510-图像识别模块，511-自检模块，512-驱动模块，

6-机器人电源系统，

7-机器人支架系统，71-第一电子磁铁，72-第二电子磁铁，73-第三电子磁铁，74-支架。

具体实施方式

实施例一：

一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人，它是个多自由度人型机器人，具有与人体运动关节一致的机器人运动关节。该机器人包括机器人腿部系统1、机器人机身系统2、机器人手部系统3、机器人头部系统4、控制系统5、机器人电源系统6，机器人腿部系统1包括左腿系统11和右腿系统12，机器人手部系统3包括左手系统31和右手系统32；所述的左腿系统11、右腿系统12、左手系统31和右手系统32的顶端分别与机器人机身系统2的输出端连接；机器人头部系统4的底端与机器人机身系统2的输出端连接，所述的控制系统5和机器人电源系统6相连接且都安装在机器人机身系统2内。

所述的左腿系统11包括左脚掌电机112、左连接组件电机114、左小腿电机116、左大腿电机118以及依次铰接在一起的机器人左脚掌111、机器人左连接组件113、机器人左小腿115、机器人左大腿117，机器人左连接组件113包括用于固定左脚掌电机112和左连接组件电机114的固定支架及其紧固件，左脚掌电机112的输出端与机器人左脚掌111连接，左连接组件电机114的输出端与机器人左连接组件113连接，左小腿电机116的输出端与机器人左小腿115连接，左大腿电机118的输出端与机器人左大腿117连接；所述的右腿系统12包括右脚掌电机122、右连接组件电机124、右小腿电机126、右大腿电机128以及依次铰接在一起的机器人右脚掌121、机器人右连接组件123、机器人右小腿125、机器人右大腿127，机器人右连接组件123包括用于固定右脚掌电机122和右连接组件电机124的固定支架及其紧固件，右脚掌电机122的输出端与机器人右脚掌121连接，右连接组件电机124的输出端与机器人右连接组件123连接，右小腿电机126的输出端与机器人右小腿125连接，右大腿电机128的输出端与机器人右大腿127连接；所述的左脚掌电机112、左连接组件电机114、左小腿电机116、左大腿电机118、右脚掌电机122、右连接组件电机124、右小腿电机126、右大腿电机128的输入端分别与控制系统5的输出端连接。

所述的机器人机身系统2包括左腿控制电机21、机身控制电机22、左手控制电机23、头部控制电机24、机身框架25、右腿控制电机26、右手控制电机27，左腿控制电机21输出端与左腿系统11顶部连接，右腿控制电机26输出端与右腿系统12顶部连接；左手控制电机23输出端与左手系统31顶部连接，右手控制电机27输出端与右手系统32顶部连接；机身控制电机22固定在机身框架25的下半部分，机身控制电机22的输出端与机身框架25连接，头部控制电机24输出端与机器人头部系统4连接，所述的左腿控制电机21、机身控制电机22、左手控制电机23、头部控制电机24、右腿控制电机26、右手控制电机27的输入端分别与控制系统5的输出端连接。

所述的左手系统31包括左手掌电机312、左小臂电机314、左大臂电机316以及依次铰接在一起的机器人左手掌311、机器人左小臂313、机器人左大臂315；左手掌电机312的输出端与机器人左手掌311连接，左小臂电机314的输出端与机器人左小臂313连接，左大臂电机316的输出端与机器人左大臂315连接，所述的右手系统32包括右手掌电机322、右小臂电机324、右大臂电机326以及依次铰接在一起的机器人右手掌321、机器人右小臂323、机器人右大臂325；右手掌电机322的输出端与机器人右手掌321连接，右小臂电机324的输出端与机器人右小臂323连接，右大臂电机326的输出端与机器人右大臂325连接；所述的左手掌电机312、左小臂电机314、左大臂电机316、右手掌电机322、右小臂电机324、右大臂电机326的输入端分别与控制系统5的输出端连接。

所述的机器人头部系统4包括机器人眼睛42、机器人嘴巴41，机器人的眼睛42为全彩LED，机器人嘴巴41内部为拾音器，该机器人眼睛42和机器人嘴巴41的输入端分别与控制系统5的输出端连接。

所述的控制系统5包括人机交互模块501、测距模块502、报警模块503、无线通信模块504、语音识别模块505、中央处理器506、电源模块507、电源管理模块508、存储模块509、图像识别模块510、自检模块511、驱动模块512，所述的测距模块502、语音识别模块505、电源模块507、图像识别模块510的信号输出端分别与中央处理器506的信号输入端连接，中央处理器506的信号输出端通过驱动模块512分别与机器人腿部系统1、机器人机身系统2、机器人手部系统3、机器人头部系统4的输入端连接；人机交互模块501、无线通信模块504、存储模块509的信号输入输出端分别与中央处理器506的信号输入输出端连接，无线通信模块504还与手机、PC端、音响进行通信连接；报警模块503与中央处理器506的信号输出端连接，所述的电源管理模块508、自检模块511的信号输入端分别与电源模块507、机器人电源系统6的输出端连接，电源管理模块508、自检模块511的输出端分别与中央处理器506的信号输入端连接。其中：

人机交互模块501用于人机互动，该人机交互模块501包括控制界面，控制界面图主要包含有无线通信状态显示界面、报警指示显示界面、开/关显示界面、电量、电流及电压显示界面、周围环境状态显示界面、运行状态显示界面、功能切换显示界面、音量显示界面；其中，无线通信状态显示界面用于显示通信是否连接良好，报警指示显示界面用于显示报警情况，开/关显示界面用于实时显示机器人开关状态，电量、电流及电压显示界面用于实时显示机器人当前电量、电流、电压值，周围环境状态显示界面用于实时显示机器人周边情况，功能切换显示界面是用于显示当前使用的功能，音量显示界面用于音量的显示。

测距模块502、图像识别模块510、自检模块511共同用来检测周边环境，障碍物距离在设置的安全阈值（1米）之外则正常运行，障碍物距离在设置的安全阈值之内则通过报警模块503进行报警；测距模块502包括超声波传感器、红外测距传感器等距离传感器，图像识别模块510包括图像识别传感器，自检模块511包括电压、电流检测传感器；

无线通信模块504用于机器人和手机、PC端进行通信，同时与音响进行无线通信，该无线通信模块504包括无线发射单元、无线接收单元、信息处理单元，无线接收单元的输出端与信息处理单元的输入端连接，信息处理单元的输出端与无线发射单元连接；该无线通信模块504为公知技术；

语音识别模块505用于识别人的语音，并将语音信息传输至中央处理器506，该语音识别模块505包括语音识别数据库、语音分析处理单元，所述的语音分析处理单元的输入端分别与机器人嘴巴41内部拾音器、语音识别数据库的输出端连接，语音分析处理单元的输出端与中央处理器506的输入端连接；该语音识别模块505也为公知技术；

电源管理模块508和自检模块511用于对电源模块507、机器人电源系统6的电流、电压、电量等进行实时监测，具有过流、过压保护、电量保护功能，电源管理模块508包括充电保护单元、放电保护单元，该充电保护单元、放电保护单元均为公知技术；自检模块511包括环境检测传感器、电压电流检测传感器；

存储模块509用于存储一些指令信息，记录机器人运行情况信息等，存储模块509包括外部存储卡单元、内部RAM存储单元；

驱动模块512用于驱动机器人正常运行，驱动模块512包含机器人所有关节伺服电机驱动器、过流保护单元，该驱动模块512为公知技术；

所述的机器人电源系统6由锂电池进行供电；

上述各个电机旋转的角度至少为90度。上述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人安装在机器人支架系统7上，该机器人支架系统7包括第一电子磁铁71、第二电子磁铁72、第三电子磁铁73、支架74，第一电子磁铁71、第二电子磁铁72、第三电子磁铁73分别内嵌在支架74上，且第一电子磁铁71、第二电子磁铁72、第三电子磁铁73的输入端分别与中央处理器506的输出端连接；所述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人位于支架74上，并通过第一电子磁铁71、第二电子磁铁72、第三电子磁铁73与支架74磁性连接在一起。

实施例二：

一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的控制方法，该方法是机器人启动后检测自身各个部件的情况以及检测周围障碍物都是否大于安全阈值，随着语音控制左腿系统11、右腿系统12、左手系统31、右手系统32、机器人头部系统4以及机器人机身系统2按照蛙泳教学动作进行协调运动。

该方法包括以下步骤：

a).把机器人放在机器人支架系统上并打开第一电子磁铁71、第二电子磁铁72、第三电子磁铁73固定好机器人；

b).启动机器人后通过自检模块检测自身各个部件的情况，同时测距模块和图像识别模块开始工作，检测周围障碍物都是否大于设置的安全阈值，安全阈值为1米，如果是，则继续步骤c)；如果否，则重复步骤b)；

c).机器人所有电机归零，归零时所有电机为90度，左手系统31和右手系统32伸直，且左手系统31和右手系统32保持一定的紧张自然向前伸直，与身体成一直线，同时通过无线通信模块504连接外置的音响播放运动节拍口令；

d).左手系统31的左手掌电机312旋转到135度，对应右手系统32的右手掌电机322旋转到45度；然后左小臂电机314旋转到135度，对应右小臂电机324旋转到45度；接着左大臂电机316旋转到135度，对应右大臂电机326旋转到45度；左手控制电机23旋转到135度，对应右手控制电机27旋转到45度；

e). 左连接组件电机114旋转到180度，对应右连接组件电机124旋转到180度；左小腿电机116旋转到180度，对应右小腿电机126旋转到180度；

f). 左手掌电机312旋转到90度，对应右手掌电机322旋转到90度；然后左小臂电机314旋转到180度，对应右小臂电机324旋转到90度；接着左大臂电机316旋转到180度，对应右大臂电机326旋转到90度；左手控制电机23旋转到180度，对应右手控制电机27旋转到90度，头部控制电机24旋转到135度，机身控制电机22旋转到135度。

g). 右脚掌电机122旋转到45度，对应左脚掌电机112旋转到135度；右连接组件电机124旋转到180度，对应左连接组件电机114旋转到180度；右小腿电机126旋转到90度，对应左小腿电机116旋转到90度；右腿控制电机26旋转到60度，对腿控制电机21应左旋转到120度。

h). 左手掌电机312旋转到90度，对应右手掌电机322旋转到90度；然后左小臂电机314旋转到90度，对应右小臂电机324旋转到90度；接着左大臂电机316旋转到90度，对应右大臂电机326旋转到90度；左手控制电机23旋转到90度，对应右手控制电机27旋转到90度；头部控制电机24旋转到95度，机身控制电机22旋转到90度。

i). 右脚掌电机122旋转到90度，对应左脚掌电机112旋转到90度，右连接组件电机124旋转到90度，对应左连接组件电机114旋转到90度，右小腿电机126旋转到90度，对应左小腿电机116旋转到90度；右腿控制电机26旋转到90度，对应左腿控制电机21旋转到90度。

j). 循环执行步骤b)～步骤i)，直至蛙泳教学演示结束。

在上述步骤c)～步骤i)中，测距模块和图像识别模块一直保持工作，检测周围障碍物是否大于设置的安全阈值，如果否，立刻暂定动作并报警，直至检测周围障碍物都大于设置安全阈值时，再继续之前未完成的动作。

Claims (4)

1.一种基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的控制方法，其特征在于：所述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人包括机器人腿部系统（1）、机器人机身系统（2）、机器人手部系统（3），还包括机器人头部系统（4）、控制系统（5）、机器人电源系统（6）；该机器人是个多自由度人型机器人，具有与人体运动关节一致的机器人运动关节；所述的机器人腿部系统（1）包括左腿系统（11）和右腿系统（12），机器人手部系统（3）包括左手系统（31）和右手系统（32）；左腿系统（11）、右腿系统（12）、左手系统（31）和右手系统（32）的顶端分别与机器人机身系统（2）的输出端连接；机器人头部系统（4）的底端与机器人机身系统（2）的输出端连接；所述的控制系统（5）和机器人电源系统（6）相连接且都安装在机器人机身系统（2）内；所述的控制系统（5）包括语音识别模块（505）、中央处理器（506）、电源模块（507）、驱动模块（512），语音识别模块（505）、电源模块（507）的信号输出端分别与中央处理器（506）的信号输入端连接，中央处理器（506）的信号输出端通过驱动模块（512）分别与左腿系统（11）、右腿系统（12）、左手系统（31）、右手系统（32）、机器人机身系统（2）、机器人头部系统（4）的输入端连接；所述的左腿系统（11）包括左脚掌电机（112）、左连接组件电机（114）、左小腿电机（116）、左大腿电机（118）以及依次铰接在一起的机器人左脚掌（111）、机器人左连接组件（113）、机器人左小腿（115）、机器人左大腿（117），左脚掌电机（112）的输出端与机器人左脚掌（111）连接，左连接组件电机（114）的输出端与机器人左连接组件（113）连接，左小腿电机（116）的输出端与机器人左小腿（115）连接，左大腿电机（118）的输出端与机器人左大腿（117）连接；所述的右腿系统（12）包括右脚掌电机（122）、右连接组件电机（124）、右小腿电机（126）、右大腿电机（128）以及依次铰接在一起的机器人右脚掌（121）、机器人右连接组件（123）、机器人右小腿（125）、机器人右大腿（127），右脚掌电机（122）的输出端与机器人右脚掌（121）连接，右连接组件电机（124）的输出端与机器人右连接组件（123）连接，右小腿电机（126）的输出端与机器人右小腿（125）连接，右大腿电机（128）的输出端与机器人右大腿（127）连接；所述的左脚掌电机（112）、左连接组件电机（114）、左小腿电机（116）、左大腿电机（118）、右脚掌电机（122）、右连接组件电机（124）、右小腿电机（126）、右大腿电机（128）的输入端分别与控制系统（5）的驱动模块（512）输出端连接；所述的机器人机身系统（2）包括左腿控制电机（21）、机身控制电机（22）、左手控制电机（23）、头部控制电机（24）、机身框架（25）、右腿控制电机（26）、右手控制电机（27），左腿控制电机（21）输出端与左腿系统（11）顶部连接，右腿控制电机（26）输出端与右腿系统（12）顶部连接；左手控制电机（23）输出端与左手系统（31）顶部连接，右手控制电机（27）输出端与右手系统（32）顶部连接；机身控制电机（22）固定在机身框架（25）的下半部分，头部控制电机（24）输出端与机器人头部系统（4）连接，所述的左腿控制电机（21）、机身控制电机（22）、左手控制电机（23）、头部控制电机（24）、右腿控制电机（26）、右手控制电机（27）的输入端分别与控制系统（5）的驱动模块（512）输出端连接；所述的左手系统（31）包括左手掌电机（312）、左小臂电机（314）、左大臂电机（316）以及依次铰接在一起的机器人左手掌（311）、机器人左小臂（313）、机器人左大臂（315）；左手掌电机（312）的输出端与机器人左手掌（311）连接，左小臂电机（314）的输出端与机器人左小臂（313）连接，左大臂电机（316）的输出端与机器人左大臂（315）连接，所述的右手系统（32）包括右手掌电机（322）、右小臂电机（324）、右大臂电机（326）以及依次铰接在一起的机器人右手掌（321）、机器人右小臂（323）、机器人右大臂（325）；右手掌电机（322）的输出端与机器人右手掌（321）连接，右小臂电机（324）的输出端与机器人右小臂（323）连接，右大臂电机（326）的输出端与机器人右大臂（325）连接；所述的左手掌电机（312）、左小臂电机（314）、左大臂电机（316）、右手掌电机（322）、右小臂电机（324）、右大臂电机（326）的输入端分别与控制系统（5）的驱动模块（512）输出端连接；该机器人安装在机器人支架系统（7）上，所述的机器人支架系统（7）包括第一电子磁铁（71）、第二电子磁铁（72）、第三电子磁铁（73）、支架（74），第一电子磁铁（71）、第二电子磁铁（72）、第三电子磁铁（73）分别内嵌在支架（74）上，且第一电子磁铁（71）、第二电子磁铁（72）、第三电子磁铁（73）的输入端分别与中央处理器（506）的输出端连接；所述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人位于支架（74）上，并通过第一电子磁铁（71）、第二电子磁铁（72）、第三电子磁铁（73）与支架（74）磁性连接在一起；

该方法是机器人启动后检测自身各个部件的情况以及检测周围障碍物都是否大于安全阈值，随着语音控制左腿系统（11）、右腿系统（12）、左手系统（31）、右手系统（32）、机器人头部系统（4）以及机器人机身系统（2）按照蛙泳教学动作进行协调运动；该方法包括以下步骤：

a).把机器人放在机器人支架系统上并打开第一电子磁铁（71）、第二电子磁铁（72）、第三电子磁铁（73）固定好机器人；

b).启动机器人后通过自检模块检测自身各个部件的情况，同时测距模块和图像识别模块开始工作，检测周围障碍物都是否大于设置的安全阈值，如果是，则继续步骤c)；如果否，则重复步骤b)；

c).机器人所有电机归零，归零时所有电机为90度，左手系统（31）和右手系统（32）伸直，且左手系统（31）和右手系统（32）保持一定的紧张自然向前伸直，与身体成一直线，同时通过无线通信模块（504）连接外置的音响播放运动节拍口令；

d).左手系统（31）的左手掌电机（312）旋转到135度，对应右手系统（32）的右手掌电机（322）旋转到45度；然后左小臂电机（314）旋转到135度，对应右小臂电机（324）旋转到45度；接着左大臂电机（316）旋转到135度，对应右大臂电机（326）旋转到45度；左手控制电机（23）旋转到135度，对应右手控制电机（27）旋转到45度；

e). 左连接组件电机（114）旋转到180度，对应右连接组件电机（124）旋转到180度；左小腿电机（116）旋转到180度，对应右小腿电机（126）旋转到180度；

f). 左手掌电机（312）旋转到90度，对应右手掌电机（322）旋转到90度；然后左小臂电机（314）旋转到180度，对应右小臂电机（324）旋转到90度；接着左大臂电机（316）旋转到180度，对应右大臂电机（326）旋转到90度；左手控制电机（23）旋转到180度，对应右手控制电机（27）旋转到90度，头部控制电机（24）旋转到135度，机身控制电机（22）旋转到135度；

g). 右脚掌电机（122）旋转到45度，对应左脚掌电机（112）旋转到135度；右连接组件电机（124）旋转到180度，对应左连接组件电机（114）旋转到180度；右小腿电机（126）旋转到90度，对应左小腿电机（116）旋转到90度；右腿控制电机（26）旋转到60度，对腿控制电机（21）应左旋转到120度；

h). 左手掌电机（312）旋转到90度，对应右手掌电机（322）旋转到90度；然后左小臂电机（314）旋转到90度，对应右小臂电机（324）旋转到90度；接着左大臂电机（316）旋转到90度，对应右大臂电机（326）旋转到90度；左手控制电机（23）旋转到90度，对应右手控制电机（27）旋转到90度；头部控制电机（24）旋转到95度，机身控制电机（22）旋转到90度；

i). 右脚掌电机（122）旋转到90度，对应左脚掌电机（112）旋转到90度，右连接组件电机（124）旋转到90度，对应左连接组件电机（114）旋转到90度，右小腿电机（126）旋转到90度，对应左小腿电机（116）旋转到90度；右腿控制电机（26）旋转到90度，对应左腿控制电机（21）旋转到90度；

j). 循环执行步骤b)～步骤i)，直至蛙泳教学演示结束。

2.根据权利要求1所述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的控制方法，其特征在于：在步骤c)～步骤i)中，测距模块和图像识别模块一直保持工作，检测周围障碍物是否大于设置的安全阈值，如果否，立刻暂定动作并报警，直至检测周围障碍物都大于设置安全阈值时，再继续之前未完成的动作。

3.根据权利要求1所述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的控制方法，其特征在于：所述的机器人头部系统（4）包括机器人眼睛（42）、机器人嘴巴（41），机器人的眼睛（42）为全彩LED，机器人嘴巴（41）内部为拾音器，该机器人眼睛（42）和机器人嘴巴（41）的输入端分别与控制系统（5）的驱动模块（512）输出端连接。

4.根据权利要求1所述的基于语音识别的蛙泳教学演示机器人的控制方法，其特征在于：所述的控制系统（5）还包括人机交互模块（501）、测距模块（502）、报警模块（503）、无线通信模块（504）、电源管理模块（508）、存储模块（509）、图像识别模块（510）、自检模块（511）；所述的测距模块（502）、图像识别模块（510）的信号输出端分别与中央处理器（506）的信号输入端连接，人机交互模块（501）、无线通信模块（504）、存储模块（509）的信号输入输出端分别与中央处理器（506）的信号输入输出端连接，无线通信模块（504）还与手机、PC端、音响进行通信连接；报警模块（503）与中央处理器（506）的信号输出端连接，所述的电源管理模块（508）、自检模块（511）的信号输入端分别与电源模块（507）、机器人电源系统（6）的输出端连接，电源管理模块（508）、自检模块（511）的输出端分别与中央处理器（506）的信号输入端连接。