CN112102685A - 一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人 - Google Patents

一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人 Download PDF

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李炜
赵蕊
方健
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Abstract

本发明公开了一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，涉及教育机器人领域，针对现有的教育机器人不能识别学生学习情感、不便于学生家长掌握学生的学习情况的问题，现提出如下方案，包括机体，机体的上表面固定有球形机头，球形机头的内部安装有处理装置，处理装置包括学习系统；学习系统包括学习数据库、中央控制模块、语音识别模块、语音调节模块、监测模块、图像信息抓取模块和学习报告生成模块。本发明便于携带，还能够对学生的情绪、视觉和听觉进行协同配合监测，提高学生学习效率，便于学生和学生家长了解自己的学习情况，有助于后续学习计划的制定，提高学习质量。

Description

一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人
技术领域
本发明涉及教育机器人领域，尤其涉及一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人。
背景技术
教育问题是人们普遍关注的重点问题，随着人们生活水平的提高及物质生活的改善，人们对教育问题越来越重视，而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，市面出现了不同的学习用机器人。
现有的教育机器人大多为学生自己参与，不便于家长对学生的学习情况的了解，而且现有的教育机器人功能生硬，不能对学生的情绪进行监测的功能，而学生的情绪会直接影响学生的学习进度，无法根据学生的情绪进行智能调整，来配合和引导学生的情绪，会导致学习效率低，无法实现学习目标。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的教育机器人不能识别学生学习情感的缺点，而提出的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，包括机体，所述机体的底部开设有空腔，空腔内安装有防倾倒装置，机体在空腔的上侧安装有蓄电池，机体的上表面固定有球形机头，所述球形机头的一侧安装有太阳能电池板，另一侧开设有安装面，安装面上固定有触控屏，所述触控屏的两侧安装有音响，上方安装有摄像头，下方开设有麦克风，球形机头的内部安装有处理装置，所述处理装置包括学习系统；
所述学习系统包括学习数据库、中央控制模块、语音识别模块、语音调节模块、监测模块、图像信息抓取模块和学习报告生成模块，中央控制模块的输入端与图像信息抓取模块、语音识别模块、学习数据库、监测模块的输出端相连，中央控制模块的输出端与学习报告生成模块、语音调节模块和触控屏的输入端相连，所述语音识别模块的输入端与麦克风的输出端相连，语音识别模块包括信息识别单元、语言情绪识别单元，所述监测模块包括环境监测单元、学习时间监测单元和面部情绪监测单元，语音调节模块与音响的输入端相连，所述图像信息抓取模块和监测模块的输入端摄像头的输出端相连，所述学习报告生成模块生成的报告保存在个人中心模块中，并通过网络连接模块传送到移动设备上。
优选的，所述防倾倒装置包括两个水平设置的推杆，两个推杆中间设有两个固定在空腔底面的微型电动推杆，两个微型电动推杆的输出端分别与两个推杆固定相连，两个推杆相背的一侧两端均固定有第一辅助杆，所述第一辅助杆一侧均开设有凹槽，凹槽的一端转动连接有第二辅助杆，且第二辅助杆的一侧中部通过弹簧与凹槽内壁相连接。
优选的，所述第一辅助杆和第二辅助杆的端部下表面均活动连接有滚珠。
优选的，所述机体的外侧外壁上开设有充电接口，并安装有电源开关和辅助控制键，且辅助控制键与两个微型电动推杆的控制端相连。
优选的，所述太阳能电池板和充电接口的输出端与蓄电池的输入端相连，蓄电池的输出端与微型电动推杆的电源控制端，以及中央控制模块和电源开关的输出端相连。
优选的，所述球形机头的顶部中央转动连接有防护盖板，防护盖板为半球形壳体。
优选的，所述学习数据库包括学习资料存储模块、学习历史记录模块以及自动更新模块，自动更新模块可以通过无线或GPRS连接物联网，进行资料更新。
优选的，所述语音调节模块包括可对发出的声音音色和音量以及速度进行调节。
优选的，所述图像信息抓取模块可在用户查询图片或文字题目时进行信息抓取，监测结构会通过语音和触控屏展出。
优选的，所述检测模块包括环境监测单元、学习时间监测单元和面部情绪监测单元，环境监测单元为温湿度传感器，面部情绪监测单元将摄像头拍摄到的用户的表情进行抓取，并发送到中央控制模块中，进行情绪分析判断，最终记录到个人中心模块中。
本发明的有益效果为：
1、本发明可通过充电接口和太阳能电池板转化电能两种方式进行充电，节约能源；
2、本发明中，通过辅助按键可控制微型电动推杆的伸缩，从而实现第一和第二辅助杆的伸缩和展开，展开后的第一和第二辅助杆直接增大了机体底座的支撑范围，有效的避免机体的倾倒，使用安全可靠。
3、本发明在用户的学习过程中更，可以通过用户的表情以及声音语气来综合判断用户的情绪，并在学习的过程中智能对发出声音和学习进度的调整，有助于在用户情绪较差时，放慢学习进度，舒缓其心情，调整心态，尽可能的提高用户的学习效率；
4、本发明通过情绪识别、视觉和听觉上的协同配合来促进用户的学习效率，并在学习后自动生成学习报告，便于学生以及学生的家长清楚的记录和了解学习进度以及学习时的情绪，以及环境对学习的影响，便于学生以及学生。
综上所述，本发明便于携带，防倾倒装置的设置保证了使用时的教育机器人的稳定，能够在学习时，对学生的情感、视觉和听觉进行协同配合，提高学生学习效率，便于学生和学生家长了解自己的学习情况，便于后续学习计划的制定和薄弱科目的重点学习，保证学习质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的侧视图。
图3为本发明的防倾倒装置的结构示意图。
图4为本发明的学习系统的结构框图。
图5为本发明的语音识别模块的结构框图。
图6为本发明的学习资料库的结构框图。
图7为本发明的监测模块的结构框图。
图中标号：1、机体；2、蓄电池；3、球形机头；4、太阳能电池板；5、触控屏；6、音响；7、摄像头；8、麦克风；9、防倾倒装置；91、推杆；92、微型电动推杆；93、第一辅助杆；94、第二辅助杆；10、防护盖板。
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。
实施例一
参照图1-3，一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，包括机体1，包括机体1，机体1的底部开设有空腔，空腔内安装有防倾倒装置9，可避免使用时机器人的倾倒，防倾倒装置9包括两个水平设置的推杆91，两个推杆91中间设有两个固定在空腔底面的微型电动推杆92，两个微型电动推杆92的输出端分别与两个推杆91固定相连，两个推杆91相背的一侧两端均固定有第一辅助杆93，第一辅助杆93一侧均开设有凹槽，凹槽的一端转动连接有第二辅助杆94，且第二辅助杆94的一侧中部通过弹簧与凹槽内壁相连接，第一辅助杆91和第二辅助杆94的端部下表面均活动连接有滚珠，机体1在空腔的上侧安装有蓄电池2，机体1的上表面固定有球形机头3，球形机头3的顶部中央转动连接有防护盖板10，防护盖板10为半球形壳体，球形机头3的一侧安装有太阳能电池板4，另一侧开设有安装面，安装面上固定有触控屏5，触控屏5的两侧安装有音响6，上方安装有摄像头7，下方开设有麦克风8，机体1的外侧外壁上开设有充电接口，并安装有电源开关和辅助控制键，且辅助控制键与两个微型电动推杆92的控制端相连，太阳能电池板4和充电接口的输出端与蓄电池2的输入端相连，蓄电池2的输出端与微型电动推杆92的电源控制端，以及中央控制模块和电源开关的输出端相连。
使用时，按下电源开关，并通过辅助控制键启动微型电动推杆92，将两个推杆91外推，第一辅助杆93外伸，当第一辅助杆93外伸到一定长度后，第二辅助杆94在弹簧的作用下外弹，配合第一辅助杆94起到支撑的作用，端部下表面滚珠的设置可提高第一辅助杆94弹出的流畅，使用结束后，再次按下辅助控制键即可收回防倾倒装置9，然后转动防护盖板10，盖住触控屏5，避免，同时露出太阳能电池板4，置于光照充足处，可转化太阳能为电能存储在蓄电池2中，节约能源。
实施例二
参照图4-7和图1，球形机头3的内部安装有处理装置，处理装置包括学习系统，学习系统包括学习数据库、中央控制模块、语音识别模块、语音调节模块、监测模块、图像信息抓取模块和学习报告生成模块，中央控制模块的输入端与图像信息抓取模块、语音识别模块、学习数据库、监测模块的输出端相连，中央控制模块的输出端与学习报告生成模块、语音调节模块和触控屏5的输入端相连，语音识别模块的输入端与麦克风8的输出端相连，语音识别模块包括信息识别单元、语言情绪识别单元，监测模块包括环境监测单元、学习时间监测单元和面部情绪监测单元，语音调节模块与音响6的输入端相连，图像信息抓取模块和监测模块的输入端摄像头7的输出端相连，学习报告生成模块生成的报告保存在个人中心模块中，并通过网络连接模块传送到移动设备上，学习数据库包括学习资料存储模块、学习历史记录模块以及自动更新模块，自动更新模块可以通过无线或GPRS连接物联网，进行资料更新；语音调节模块包括可对发出的声音音色和音量以及速度进行调节；图像信息抓取模块可在用户查询图片或文字题目时进行信息抓取，监测结构会通过语音和触控屏5展出；检测模块包括环境监测单元、学习时间监测单元和面部情绪监测单元，环境监测单元采用型号为TEM-300X的温湿度传感器，面部情绪监测单元将摄像头拍摄到的用户的表情进行抓取，并发送到中央控制模块中，进行情绪分析判断，最终记录到个人中心模块中。
使用时，可以语音唤醒系统，也可通过电源开关启动机器人，然后通过语音或者用触控屏5在学习数据库中选择具体的学习项目和方向，学习的过程中摄像头7一直处于打开状态，便于面部情绪监测单元捕捉到用户的情绪变化，同时监测模块对环境温湿度和和学习时间进行实时监测，并将信息传递给中央控制模块，生成指令给显示屏和语音调节模块，调节输出的音量、音色和音速，以及学习进度，来适应用户的心情，有助于提高学习效率，遇到难题可以语音或者在触控屏5上启动图像信息抓取模块，将摄像头7获取的图片进行信息提取，并传递到中央控制模块中，得到答案后通过语音以及显示屏5展出，学习结束后，系统会记录学习时间以及学习进度，并生成学习报告，保存在个人中心模块中，且通过网络发送到用户以及用户家长的移动设备上，长期使用过程中，通过个人中心模块内用户的学习内容、时间和对应的环境和情绪的多种影响，便于家长以及学生综合判断学习成果，以及后续学习计划的调节和调整。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“ 顺时针”、“逆时针”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设备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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种权利要求1所述的具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，包括机体（1），其特征在于，所述机体（1）的底部开设有空腔，空腔内安装有防倾倒装置（9），机体（1）在空腔的上侧安装有蓄电池（2），机体（1）的上表面固定有球形机头（3），所述球形机头（3）的一侧安装有太阳能电池板（4），另一侧开设有安装面，安装面上固定有触控屏（5），所述触控屏（5）的两侧安装有音响（6），上方安装有摄像头（7），下方开设有麦克风（8），球形机头（3）的内部安装有处理装置，所述处理装置包括学习系统；
所述学习系统包括学习数据库、中央控制模块、语音识别模块、语音调节模块、监测模块、图像信息抓取模块、学习报告生成模块、网络连接模块和个人中心模块，中央控制模块的输入端与图像信息抓取模块、语音识别模块、学习数据库、监测模块的输出端相连，并通过网络连接模块与云和物联网相连，中央控制模块的输出端与学习报告生成模块、语音调节模块和触控屏（5）的输入端相连，所述语音识别模块的输入端与麦克风（8）的输出端相连，语音识别模块包括信息识别单元、语言情绪识别单元，所述监测模块包括环境监测单元、学习时间监测单元和面部情绪监测单元，语音调节模块与音响（6）的输入端相连，所述图像信息抓取模块和监测模块的输入端摄像头（7）的输出端相连，所述学习报告生成模块生成的报告保存在个人中心模块中，并通过网络连接模块传送到移动设备上。
2.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述防倾倒装置（9）包括两个水平设置的推杆（91），两个推杆（91）中间设有两个固定在空腔底面的微型电动推杆（92），两个微型电动推杆（92）的输出端分别与两个推杆（91）固定相连，两个推杆（91）相背的一侧两端均固定有第一辅助杆（93），所述第一辅助杆（93）一侧均开设有凹槽，凹槽的一端转动连接有第二辅助杆（94），且第二辅助杆（94）的一侧中部通过弹簧与凹槽内壁相连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述第一辅助杆（91）和第二辅助杆（94）的端部下表面均活动连接有滚珠。
4.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述机体（1）的外侧外壁上开设有充电接口，并安装有电源开关和辅助控制键，且辅助控制键与两个微型电动推杆（92）的控制端相连。
5.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述太阳能电池板（4）和充电接口的输出端与蓄电池（2）的输入端相连，蓄电池（2）的输出端与微型电动推杆（92）的电源控制端，以及中央控制模块和电源开关的输出端相连。
6.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述球形机头（3）的顶部中央转动连接有防护盖板（10），防护盖板（10）为半球形壳体。
7.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述学习数据库包括学习资料存储模块、学习历史记录模块以及自动更新模块，自动更新模块可以通过网络连接模块连接物联网，进行资料更新。
8.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述语音调节模块包括可对发出的声音音色和音量以及速度进行调节。
9.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述图像信息抓取模块可在用户查询图片或文字题目时进行信息抓取，监测结构会通过语音和触控屏（5）展出。
10.根据权利要求1所述的一种具有情感识别功能的人机协同学习用教育机器人，其特征在于，所述检测模块包括环境监测单元、学习时间监测单元和面部情绪监测单元，环境监测单元为温湿度传感器，面部情绪监测单元将摄像头拍摄到的用户的表情进行抓取，并发送到中央控制模块中，进行情绪分析判断，最终记录到个人中心模块中。
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CN113414772A (zh) * 2021-04-30 2021-09-21 北京智能工场科技有限公司 一种机器人协助心理咨询的智能系统

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