CN211015983U - 交互式教育机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种交互式教育机器人，包括头、一双臂、一双腿和躯干；所述头设有摄像头和显示屏；所述摄像头和显示屏位于头部的同一方向上；头与颈部连接；所述臂的末端设有抓握部；所述躯干内部设有机架；所述头和一双臂通过直流电机连接到机架内，颈部和一双臂通过直流电机控制相对与躯干进行移动或者倾斜；一双腿安装在机架的下方。本实用新型通过网络和相机摄取当前使用者做出的反应，并通过相应的电机驱动显示屏以及臂、颈等部位运动。区别于现在的教育机器人只能实现某些简单的机械动作或者固定的外界刺激下表现出某些预设的动作。

Description

交互式教育机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体为一种交互式教育机器人。

背景技术

经研究发现，有约20％的小学学龄儿童存在注意力问题；以及焦虑问题是阻碍学生数学成绩的重要因素。有些家庭选择补习班作为改善儿童学习成绩的一个臂段，但补习班价格昂贵，较低收入者难以承担；而目前国内市场上应用在家庭教育领域的产品种类非常单一，而多以娱乐型的电子产品为主。用于娱乐的电子机械装置均用简单的模拟电路或者简单的单片机实现，只能实现某些简单的机械动作或者固定的外界刺激下表现出某些预设的动作。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提供一种交互式教育机器人。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种交互式教育机器人，包括:

头，所述头设有摄像头和显示屏；所述摄像头和显示屏位于头部的同一方向上；头与颈部连接，

一双臂，所述臂的末端设有抓握部；

一双腿，

躯干，所述躯干内部设有机架；所述头和一双臂通过直流电机连接到机架内，颈部和一双臂通过直流电机控制相对与躯干进行移动或者倾斜；一双腿安装在机架的下方；

主控制板，所述主控制板安装在机架内，主控制板上安装有音频输出连接器、wifi模块和电机驱动板；wifi模块用于接受外界的无线网络信号；音频输出连接器附带有扬声器；电机驱动板驱动直流电机运动。

优选的，所述头部摄像头用于面部动态监测、头部跟踪以及头部姿势评估。

优选的，所述躯干外设有外壳，外壳将机架以及主控制板遮盖。

优选的，所述主控制板为The Raspberry Pi 3B+；且具有CSI相机接口。

优选的，所述抓握部为抓型抓握部。

优选的，所述头部和每只臂均能各自的连接的直流电机进行独立的移动或者倾斜。

本实用新型通过网络和相机摄取当前使用者做出的反应，并通过相应的电机驱动显示屏以及臂、颈等部位运动。区别于现在的教育机器人只能实现某些简单的机械动作或者固定的外界刺激下表现出某些预设的动作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的工作状态示意图。

图中：12头；13音频输出连接器；14臂；15摄像头；16腿；18躯干； 19个人计算机；20机架；24直流电机；26主控制板；27电机驱动板；29wifi 模块；31显示屏；32抓握部；33颈部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1图2所示，本实用新型的整体大小能放在桌面上为宜，与具有wifi 功能的个人电脑19互相连接通过互动的方式实现教育。

本实用新型包括头部12，一双臂14，一双腿16和躯干18。躯干18内部包括机架20，机器人各部件安装在机架20上。在躯干18外部，设有遮挡机架20的外壳。

在机架20内装有主控制板26，主控制板26采用The Raspberry Pi 3B+；其具有Broadcom处理器和CSI相机接口。主控制板26自带网络应用程序。机架20还设有必要的充电口、内置电池等必要的提供电力的电力元件，其电力连接的方式按照常规现有技术连接即可。

在主控制板26上设有电机驱动板27；电机驱动板27用于增加可支撑电机的数量；在主控板26与颈部33、两臂14之间均设有直流电机24；直流电机24共有三个。直流电机24通过电机驱动板27连接到主控制板26上；通过直流电机24控制头部12和/或臂14发生平移或者倾斜。

主控制板26上装在有wifi模块29，wifi模块29运行机器人充当网络的无线接入点并与启用wifi的外部个人计算机19设备互相通讯，以实现交互功能。

主控制板26上装有音频输出连接器13，音频输出连接器13与位于头部 12上的扬声器连接。

在头12的正面，设有摄像头15和显示屏31。摄像头15通常使用RaspiCam 并通过主控制板26上的CSI相机接口连接。摄像头15用于面部动态监测、头部跟踪以及头部姿势评估。

显示屏31用于显示机器人的画面对使用人在个人计算机19处输入的指令做出反应。一般情况下，显示屏31的亮度较低且只显示如图1中的画面，以免分散使用者的注意力。当需要使用者的注意力从个人计算机19中转移到机器人上是显示屏31的画面才会发生变化且提示亮度。

臂14的末端设有抓握部32，抓握部32可用于抓握小型物体进行教学；抓握部32为抓型。

躯干18下方设有两条腿16，腿16用于支撑整个机器人使其放在桌面上。

本实用新型通过与个人计算机19联合使用以交互的方式对使用者进行教育。

首先，打开本实用新型的开关，机器人通过wifi模块29连接互联网并启动自带的网络应用程序检测更新。

打开个人计算机19，可以是平板、手提式电脑等。启动都，个人计算机 19端会在网络应用程序同通过wifi与进行连接同步。

一般而言，计主控制板26内自带的网络应用程序包括：

课程解析算法，以智能地向使用者传递各种课程组件；

表现跟踪系统，包括在练习和评估期间奖励或重定向学生的表达行为；

注意力跟踪系统，跟着学习期间学生的头部方向和注视方向以确定学生的状态。

课程组件包括数学、自然科学以及汉语、英语等多种与学生水平相适配的课程。

表现跟踪系统即通过学生在课程组件中取得表现的程度进行评估，评估后记录结果并根据结果由主控制板26控制的直流电机24驱动头12或臂14 转动或平移，并配合扬声器和显示屏31使学生的注意力转移到机器人上提供完成相应课程的奖励。如跳舞、讲笑话、讲故事，播放视频等。

注意力跟踪系统则通过摄像头15根据学生面部动态监测、头部跟踪以及头部姿势的评估结果判断学生的注意力情况，当判定为注意力涣散情况并持续一段时间后，暂停课程并通过扬声器、显示屏内容变化等手段重新吸引学生的注意力并记录学生注意力涣散的发生间隔和发生次数；当注意力涣散发生的时间累计达到一定程度后、发生次数数量超过一定数量、无法将注意力重新集中时即提前结束当前课程并记录。

本实用新型的直流电机24选用DS-25RS370型号的电机。主控制板26采用TheRaspberry Pi 3B+；音频输出连接器13采用WM8960音频模块扩展板；扬声器由音频输出连接器13附带；电机驱动板27采RB-01C073A型号直流电机驱动板。wifi模块29由主控制板26附带。述电源器件可选择任何能实现相同功能的不同型号、不同品牌、不同内部结构的产品所替代，只要是能实现本实用新型所需要的功能即可，本领域技术人员可根据实际工作需要进行相应的替换。

本实用新型所使用的任何软件、处理器、电源器件以及电路和电路的连接方式，均对其无任何改进；其属于现有技术的一部分，可根据实际产品的形状、类别或用途做出任何相应的修改、适应和型号的选择，上述软件、电源器件、处理器以及电路和电路的连接方式并不属于本实用新型针对于现有技术的改进部分；且在本文中并未详述之处，均属于现有技术。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种交互式教育机器人，其特征在于包括:

头，所述头设有摄像头和显示屏；所述摄像头和显示屏位于头部的同一方向上；头与颈部连接，

一双臂，所述臂的末端设有抓握部；

一双腿，

躯干，所述躯干内部设有机架；所述头和一双臂通过直流电机连接到机架内，颈部和一双臂通过直流电机控制相对与躯干进行移动或者倾斜；一双腿安装在机架的下方；

主控制板，所述主控制板安装在机架内，主控制板上安装有音频输出连接器、wifi模块和电机驱动板；wifi模块用于接受外界的无线网络信号；音频输出连接器附带有扬声器；电机驱动板驱动直流电机运动。

2.根据权利要求1所述的交互式教育机器人，其特征在于：所述头部摄像头用于面部动态监测、头部跟踪以及头部姿势评估。

3.根据权利要求1所述的交互式教育机器人，其特征在于：所述躯干外设有外壳，外壳将机架以及主控制板遮盖。

4.根据权利要求1所述的交互式教育机器人，其特征在于：所述主控制板为TheRaspberry Pi 3B+；且具有CSI相机接口。

5.根据权利要求1所述的交互式教育机器人，其特征在于：所述抓握部为抓型抓握部。

6.根据权利要求1所述的交互式教育机器人，其特征在于：所述头部和每只臂均能各自的连接的直流电机进行独立的移动或者倾斜。

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