發(fā)布時(shí)間：2020-10-25 04:25

　　 全面二胎政策的實(shí)施,直接促進(jìn)中國兒童數(shù)量的增加,隨之而來家庭將面臨孩子的教育問題。面對生活壓力,城市的父母常常忙于工作,而農(nóng)村的父母多進(jìn)城打工,這兩種情況無疑讓兒童被迫留守在家。現(xiàn)今己經(jīng)進(jìn)入信息化的社會,伴隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等軟件技術(shù)的成熟和機(jī)器自動化等硬件設(shè)備的更新,帶動了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。盡管各大賣場和電商商城銷售很多款式的兒童陪伴機(jī)器人,然而要么功能單一要么是價(jià)格昂貴,無法滿足中國廣大普通家庭的需求。因此,在各種成熟的技術(shù)支持下,本論文主要研發(fā)一款具有智能教育陪伴功能,又幫助家長實(shí)現(xiàn)隨時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控孩子的兒童教育機(jī)器人,主要特色是自由的拆卸組合,可進(jìn)行圖像化編程的學(xué)習(xí)。除此之外,開源硬件Raspberry Pi和各種開源軟件,降低了成本,易于全球的推廣。目的是在精準(zhǔn)教育政策下實(shí)現(xiàn)教育資源的均衡共享,幫助更多的兒童快樂學(xué)習(xí)和健康成長。為此本論文主要研究如下:(1)首先對教育機(jī)器人的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行全面研究,了解當(dāng)今教育機(jī)器人研究方向和技術(shù)的程度。通過電子商城等主要的機(jī)器人銷售渠道,整理了幾款主流兒童教育機(jī)器人所具有的功能。并根據(jù)兒童需求和家長需求,在盡可能降低成本情況下,最終確定了兒童教育機(jī)器人的整個(gè)方案。(2)本論文論述了兒童教育機(jī)器人具備的六大功能,包括人機(jī)交互中語音對話的功能、語音控制運(yùn)動的功能、識別單個(gè)簡單物體的功能、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制功能、離線監(jiān)控功能以及實(shí)現(xiàn)可視化圖形編程功能。并梳理每個(gè)功能涉及的相關(guān)理論知識、技術(shù)原理、技術(shù)實(shí)現(xiàn)的流程框圖和具體實(shí)現(xiàn)的方法步驟及關(guān)鍵代碼。(3)最后對兒童教育機(jī)器人整個(gè)系統(tǒng)功能進(jìn)行了測試。在相對安靜的環(huán)境下,8名志愿測試者對兒童教育機(jī)器人進(jìn)行了語音控制功能中教育學(xué)習(xí)模塊、娛樂模塊和運(yùn)動控制模塊的測試;機(jī)器人對10個(gè)物體的識別測試;不同設(shè)備下對機(jī)器人進(jìn)行的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制的測試;離線監(jiān)控下后臺的運(yùn)行情況的測試。對每個(gè)測試的結(jié)果出現(xiàn)的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析并提供了相對應(yīng)的優(yōu)化辦法。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP242;G434
【部分圖文】：

圖１．１論文的組織結(jié)構(gòu)圖??全文總共有六章構(gòu)成，主要內(nèi)容安排如下：??第一章緒論。介紹了本文所研宂課題的背景和意義，國內(nèi)外教育機(jī)器人的研宄??現(xiàn)狀、論文的主要內(nèi)容、方法和文章的結(jié)構(gòu)安排。??第二章Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ?Ｐｉ的相關(guān)知識。概述Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ?Ｐｉ硬件的相關(guān)概念、引腳的??編號、并通過對不同開發(fā)板的比較，來說明Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ?Ｐｉ優(yōu)勢。國內(nèi)外基于Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ??Ｐｉ的教育機(jī)器人相關(guān)的技術(shù)以及中國有關(guān)Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ?Ｐｉ開發(fā)的官網(wǎng)、社區(qū)及論壇的??介紹。??第三章確定了兒童教育機(jī)器人的需求分析和整體的設(shè)計(jì)方案。通過對淘寶、??京東、蘇寧易購和亞馬遜等國內(nèi)外的電商平臺上兒童教育機(jī)器人功能的分析，確定??１１??

４個(gè)ＵＳＢ?２．０端口，立體聲輸出和復(fù)合視頻端口，全尺寸ＨＤＭＩ，?ＣＳＩ攝像頭端口，??ＤＳＩ顯示端口，ＭｉｃｒｏＳＤ端口并且包含了?４０ＧＰＩＯｐｉｎ。除此之外，３代Ｂ型比２代??多了?Ｗｉ－Ｆｉ和藍(lán)牙的支持，更加方便開發(fā)者開發(fā)。如圖２．１所示，為ＲａｓｐｂｅｒｒｙＰｉＢ??型３代實(shí)物圖圖像，表２．１為Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ?Ｐｉ?Ｂ型３代相關(guān)參數(shù)。??１３??

在同時(shí)滿足父母和兒童的需求，兒童教育機(jī)器人應(yīng)具備以上六大功能——教??育陪伴、聲控運(yùn)動、圖形化編程、遠(yuǎn)程監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、離線監(jiān)控。綜上所述，得??出了兒童教育機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖３．１所示。??了?ＮＡＴ??ｓ８－§?：：＾Ｔｒ＾???＾?＾．．?服務(wù)器??Ｗｅｂ??Ｉ?遠(yuǎn)程監(jiān)測?｜?Ｌ?丨二二??｜?—遠(yuǎn)程控制，Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ〈二迷你曰箱??兒?｜離線監(jiān)控，，＋?冬』ｉｌ＋ｒ?二＾「雙麥克ｆ??Ｌｉ?＿＿ｊｃ＝＝＾ｒ＾ｎ??Ｖ１?ｖｉｅ［，—砸）馬送一＿｜??１?Ｌ２９８Ｎ電機(jī)驅(qū)動??圖３．１兒童教育機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)??３．２兒童教育機(jī)器人的方案分析??本論文設(shè)計(jì)的兒童教育機(jī)器人包括主控單元，語音輔助單元，監(jiān)控核心單元，??運(yùn)動驅(qū)動單元，電源管理單元等五部分硬件模塊。最關(guān)鍵的功能是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，??即兒童語音控制機(jī)器人和家長遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器人，因此主控單元的選擇非常重要。綜??合各方面，主控核心部分需發(fā)揮強(qiáng)大的處理能力，即負(fù)責(zé)人機(jī)交互的信息處理和計(jì)??算機(jī)狀態(tài)信息的處理
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本文編號：2855459