CN110619767A - 智能教育机器人及计算机可读介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能教育机器人，其包括：机器人本体和控制系统；其中，机器人本体包括外壳、轮子、电池盒、手臂以及头部，控制系统包括：安卓上位机系统和单片机下位机系统；其中，单片机控制系统包括：STM32主控器、存储器、电源、麦克风阵列、传感器装置、指示灯装置、电机、舵机、电机控制器、舵机驱动器以及扬声器，传感器装置包括红外、超声波、人体、温湿度、烟雾、光敏传感器、六轴陀螺仪传感器以及激光雷达，指示灯装置包括电量指示灯和运行状态指示灯，安卓控制上位机系统包括Android主控器、存储器、显示屏、摄像头、应用程序模块以及服务器，安卓主板以ATM7059为主控芯片，Android主控器与STM32主控器利用串口通信。本发明适合家庭和幼教机构使用。

Description

智能教育机器人及计算机可读介质

技术领域

本发明涉及人工智能领域，特别涉及智能教育机器人及计算机可读介质。

背景技术

当前，儿童教育是社会和家长都非常重视的问题。然而，由于生活压力，工作压力，很多父母无法在工作时间陪伴孩子成长，许多父母也越来越愿意加大对孩子的成长和教育的资金投入，教育机器人对很多家长来说是很好的选择。根据2010年中国第6次人口普查结果显示，我国0～14岁儿童超过2.2亿，二孩政策放开后，每年新生婴儿可达到2000万以上。但从总体来看，目前的教育机器人存在智能化水平低、自我学习能力弱、路径规划研究少、缺少专用服务器的功能。

故此，有必要提供一种智能教育机器人，为儿童提供更为智能的学习、陪伴方式，更好地满足家长对安全性和实时监督的需求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供智能教育机器人及计算机可读介质，从而克服现有技术的缺点。

本发明提供了一种智能教育机器人，智能教育机器人包括：机器人本体和控制系统；其中，机器人本体包括外壳、轮子、电池盒、手臂以及头部，控制系统包括：安卓上位机系统和单片机下位机系统；其中，单片机控制系统包括：STM32主控器、存储器、电源、麦克风阵列、传感器装置、指示灯装置、电机、舵机、电机控制器、舵机驱动器以及扬声器，传感器装置包括红外传感器、超声波传感器、人体传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、光敏传感器、六轴陀螺仪传感器以及激光雷达，指示灯装置包括电量指示灯和运行状态指示灯，安卓控制上位机系统包括Android主控器、存储器、显示屏、摄像头、应用程序模块以及服务器，安卓主板以ATM7059为主控芯片，Android主控器与STM32主控器利用串口通信。

优选地，上述技术方案中，激光雷达、摄像头、超声波传感器以及红外传感器用于扫描环境信息并构建语义地图，以进行路径规划，超声波传感器的个数至少为4个，超声波传感器分别位于智能教育机器人的四周。

优选地，上述技术方案中，电机为轮毂电机，电机通过外接控制器进行控制，舵机采用串口总线舵机。

优选地，上述技术方案中，应用程序模块包括人脸识别应用模块、文字识别应用模块、语音交流应用模块、远程视频监督应用模块、视频播放应用模块、远程遥控应用模块、远程定位应用模块。

优选地，上述技术方案中，温湿度传感器、烟雾传感器、CO2传感器结合网络获取的天气状况，智能教育机器人能够提醒天气状况并监测室内安全状况。

优选地，上述技术方案中，麦克风阵列用于检测声音信号、方向和发声者身份。

一种用于控制智能教育机器人的计算机可读介质，其特征在于：计算机可读介质包括：用于进行人脸识别的代码；用于文字识别的代码；用于语音交流的代码；用于远程视频监督的代码；用于视频播放的代码；用于远程遥控的代码；用于远程定位的代码。

优选地，上述技术方案中，用于进行人脸识别的代码被配置为：基于人脸识别，判断周边人的身份。

优选地，上述技术方案中，用于远程定位的代码被配置为：向家长方移动终端发送定位消息。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：智能教育机器人支持语音控遥控运动、抓取物品、自动避障、自动充电、自动跟随、人脸识别、家长手机APP远程监督、天气提醒、视频播放、网络下载功能，并且可以实现语音交流、声源定位、文字识别、发音教学、文字书写、诗词朗的功能，还可以陪孩子智能搭建实物积木，并根据孩子年龄选择教育计划，与孩子进行我说你做、我问你答、我写你猜、我读你辨的交互性学习。本发明中的智能教育机器人具有语音交流、人脸识别、文字识别功能，能够替代忙碌的父母陪伴孩子进行我说你做、我问你答、我写你猜、我读你辨的交互性学习活动、陪孩子做搭建事物积木等游戏，让家长实时监督孩子并遥控机器人，可以自我学习，还可利用路径规划进行自动充电，并提醒天气监测室内安全状况。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明中智能教育机器人的结构示意图。

图2是本发明中智能教育机器人的左视图。

图3是本发明中智能教育机器人的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1是本发明中智能教育机器人的结构示意图。图2是本发明中智能教育机器人的左视图。图3是本发明中智能教育机器人的系统框图。如图1-3所示，智能教育机器人包括机器人本体和控制系统，机器人本体包括外壳3、轮子7、电池盒5、手臂4、头部1，控制系统包括安卓上位机系统和单片机下位机系统。单片机控制系统包括电源6、传感器装置7、STM32主控器8、存储器2、麦克风阵列10、轮毂电机14、总线舵机15、电机控制器11、舵机驱动器12、扬声器13，传感器装置7包括红外传感器、超声波传感器、人体传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、光敏传感器、六轴陀螺仪传感器、激光雷达，安卓上位机控制系统包括Android主控器4、存储器5、显示屏3、摄像头2、应用程序17、服务器1。麦克风阵列10安装于机器人脖颈部分，超声波传感器和红外传感器安装于机器人下方底盘，人体感应传感器安装于机器人脖颈下方，温湿度传感器、光敏传感器和六轴陀螺仪传感器安装于机器人的底板。STM32主控器8分别连接传感器装置7、麦克风阵列10、电机控制器11、舵机驱动器12、扬声器13、电源6，电机驱动器11连接轮毂电机14，舵机驱动器12连接所有总线舵机15，存储器5、显示屏3、摄像头9述电源6用于提供电能。

轮毂电机14是行走装置，通过电机控制器11执行各种前进或转向指令，电池盒5用于存放电池，显示屏3使用7寸液晶显示屏，STM32主控器8是是单片机控制系统的核心单元，负责各种传感器数据的初步处理、指令发送、处理Android上位机系统的指令。Android主控器4负责处理摄像头2出来的图像信号和麦克风阵列10采集的语音信号，实现图像识别和语音识别功能，并根据语音信号的内容作出语音回应或发送其他动作的指令，根据人脸识别的结果对家人打招呼或提醒有陌生人到来。

Android上位机系统安装应用程序17中的文字识别应用程序、语音交流应用程序、视频播放应用程序结合扬声器13可以实现你说我做、我问你答、我写你猜、我读你辨的教育功能。此外，Android平台上面还安装有自主开发的远程监督应用.程序、远程遥控应用程序、远程定位应用程序，可以实现家人对孩子情况的实时监督、定位和对机器人行为的的远程控制。存储器中存放适用于不同年龄段的儿童的图像、视频学习资料和人脸识别注册信息，Android上位机系统还可以根据孩子对信息的使用次数，判断孩子兴趣方向，来对信息进行定向更新。

传感器装置7包括红外传感器、超声波传感器、人体传感器、温湿度传感器、光敏传感器、六轴陀螺仪传感器、激光雷达，装设于机器人底板四周的四个红外传感器和四个超声波传感器用于探测机器人与障碍物之间的距离，六轴陀螺仪传感器用于感知机器人运动的角度变化和、加速度变化，激光雷达的扫描信息用于构建语义地图，结合上述传感器的反馈信息，智能教育机器人可以实现路径规划，从而做到自动充电，再结合麦克风阵列10的声源定位，智能教育机器人可以实现跟随主人运动。

摄像头2安装在机器人头部1，用于定位并拍摄监测范围内人脸图片，也可用于父母远程监控。

麦克风阵列10通过对五个mic头反馈的电压信号来确定说话者相对于机器人本体的方向，并将角度反馈给单片机控制系统，单片机控制系统据此调整机器人方向，使得机器人面向主人。而且麦克风阵列可以利用不同人的音质识别说话者的身份。

搭积木功能包含三个模式，按照内部已有模型搭建，按照小孩在屏幕上面的对积木元件的拼接搭建和通过自我学习自主搭建。

机器人通过Android主控器4的联网功能和传感器装置7中的温湿度传感器的反馈信息可以实时更新天气情况，必要时语音提醒主人，并过传感器装置7中的烟雾传感器和CO2传感器监测室内安全状况，具有提醒生活习惯和保障室内安全的作用。

利用Android主控器4的多线程功能，机器人可以在家长对小孩进行远程实时监督的同时，监测室内安全状况，并且与孩子进行互动玩耍和教学。

机器人的应用程序17中的远程定位应用程序，可以在丢失后方便找回。

优选的，单片机控制系统还包括指示灯装置16，指示灯装置包括运行状态指示灯和安全指示灯。

本发明中智能教育机器人的工作过程为：机器人在通过摄像头9、传感器装置7中的激光雷达、超声波传感器、红外传感器扫描周围环境，构建语义地图实现定位和路径规划，通过基于Android主控器4的人脸识别功能锁定主人并利用麦克风13打招呼，获得回应后根据麦克风阵列10的声源定位功能调整自身位置到主人面前，与主人语言交流，当主人愿意学习时，和主人进行机器人在屏幕3上“写字”，主人辨认，机器人朗读词语，主人在屏幕写字或者做动作、播放符合主人兴趣和家长要求的教学视频等互动教学活动，当主人愿意玩耍时，机器人会陪主人智能搭建实物积木，按照主人的语言命令做动作、跳舞，或给主人讲故事，此过程中家长可以利用应用程序17中的远程监控和远程监督应用程序对孩子进行远程监督和对机器人进行远程遥控，机器人还会利用传感器装置7中的烟雾传感器和CO2传感器监测室内安全状况实时监测室内安全状况，提醒天气和温度变化，监测室内安全状况。

已经通过包括块、模块、组件、电路、步骤、过程、算法等的各种元件在具体实施方式中描述了并且在附图中示出了装置和方法。可以使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来单独或与其他元件和/或功能组合地实现这些元件或其任何部分。这些元素是实现为硬件还是软件取决于特定的应用和对整个系统施加的设计约束。在一个方面，如本文所使用的术语“组件”可以是构成系统的部件之一并且可以被分成其他组件。

举例来说，可以用包括一个或多个处理器的“系统”来实现元件或者元件的任何部分或者元件的任意组合。处理器可以包括通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑组件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件，或其任何组合，或者设计为执行本文所述功能的任何其他合适的组件。通用处理器可以是微处理器，但是可替换地，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算组件的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP，或者任何其它这样的配置。

系统中的一个或多个处理器可以执行软件。软件应被广泛地解释为表示指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行程序、执行的线程、过程、功能等等，无论是被称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其它。该软件可以驻留在暂时或非暂时性计算机可读介质上。作为示例，非暂时性计算机可读介质可以包括磁储存设备（例如，硬盘、软盘、磁条）、光盘（例如，压缩盘（CD）、数字多功能盘（DVD））、智能卡、闪存设备（例如，卡、棒、键驱动器）、随机存取存储器（RAM）、静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步动态RAM（SDRAM）；双倍数据速率RAM（DDRAM）、只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、可擦除PROM（EPROM）、电可擦除PROM（EEPROM）、通用寄存器或用于存储软件的任何其他合适的非暂态介质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种智能教育机器人，所述智能教育机器人包括：

机器人本体和控制系统；

其中，所述机器人本体包括外壳、轮子、电池盒、手臂以及头部，

所述控制系统包括：安卓上位机系统和单片机下位机系统；

其中，所述单片机控制系统包括：STM32主控器、存储器、电源、麦克风阵列、传感器装置、指示灯装置、电机、舵机、电机控制器、舵机驱动器以及扬声器，所述传感器装置包括红外传感器、超声波传感器、人体传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、光敏传感器、六轴陀螺仪传感器以及激光雷达，所述指示灯装置包括电量指示灯和运行状态指示灯，所述安卓控制上位机系统包括Android主控器、存储器、显示屏、摄像头、应用程序模块以及服务器，安卓主板以ATM7059为主控芯片，所述Android主控器与所述STM32主控器利用串口通信。

2.根据权利要求1所述的智能教育机器人，其特征在于：所述激光雷达、所述摄像头、所述超声波传感器以及所述红外传感器用于扫描环境信息并构建语义地图，以进行路径规划，所述超声波传感器的个数至少为4个，所述超声波传感器分别位于所述智能教育机器人的四周。

3.根据权利要求1所述的智能教育机器人，其特征在于：所述电机为轮毂电机，所述电机通过外接控制器进行控制，所述舵机采用串口总线舵机。

4.根据权利要求1所述的智能教育机器人，其特征在于：所述应用程序模块包括人脸识别应用模块、文字识别应用模块、语音交流应用模块、远程视频监督应用模块、视频播放应用模块、远程遥控应用模块、远程定位应用模块。

5.根据权利要求1所述的智能教育机器人，其特征在于：所述温湿度传感器、烟雾传感器、CO2传感器结合网络获取的天气状况，所述智能教育机器人能够提醒天气状况并监测室内安全状况。

6.根据权利要求1所述的智能教育机器人，其特征在于：所述麦克风阵列用于检测声音信号、方向和发声者身份。

7.一种用于控制智能教育机器人的计算机可读介质，其特征在于：所述计算机可读介质包括：

用于进行人脸识别的代码；

用于文字识别的代码；

用于语音交流的代码；

用于远程视频监督的代码；

用于视频播放的代码；

用于远程遥控的代码；

用于远程定位的代码。

8.如权利要求7所述的计算机可读介质，其特征在于：所述用于进行人脸识别的代码被配置为：基于人脸识别，判断周边人的身份。

9.如权利要求7所述的计算机可读介质，其特征在于：所述用于远程定位的代码被配置为：向家长方移动终端发送定位消息。