全面二胎政策的實施,直接促進中國兒童數(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)進入信息化的社會,伴隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等軟件技術(shù)的成熟和機器自動化等硬件設(shè)備的更新,帶動了機器人技術(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器人,然而要么功能單一要么是價格昂貴,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,又幫助家長實現(xiàn)隨時遠程監(jiān)控孩子的兒童教育機器人,主要特色是自由的拆卸組合,可進行圖像化編程的學習。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。目的是在精準教育政策下實現(xiàn)教育資源的均衡共享,幫助更多的兒童快樂學習和健康成長。為此本論文主要研究如下:(1)首先對教育機器人的國內(nèi)外現(xiàn)狀進行全面研究,了解當今教育機器人研究方向和技術(shù)的程度。通過電子商城等主要的機器人銷售渠道,整理了幾款主流兒童教育機器人所具有的功能。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器人的整個方案。(2)本論文論述了兒童教育機器人具備的六大功能,包括人機交互中語音對話的功能、語音控制運動的功能、識別單個簡單物體的功能、實時的遠程監(jiān)測和遠程控制功能、離線監(jiān)控功能以及實現(xiàn)可視化圖形編程功能。并梳理每個功能涉及的相關(guān)理論知識、技術(shù)原理、技術(shù)實現(xiàn)的流程框圖和具體實現(xiàn)的方法步驟及關(guān)鍵代碼。(3)最后對兒童教育機器人整個系統(tǒng)功能進行了測試。在相對安靜的環(huán)境下,8名志愿測試者對兒童教育機器人進行了語音控制功能中教育學習模塊、娛樂模塊和運動控制模塊的測試;機器人對10個物體的識別測試;不同設(shè)備下對機器人進行的實時遠程監(jiān)測和遠程控制的測試;離線監(jiān)控下后臺的運行情況的測試。對每個測試的結(jié)果出現(xiàn)的原因進行了詳細的分析并提供了相對應(yīng)的優(yōu)化辦法。
【學位單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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器人的需求分析和整體的設(shè)計方案。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器人功能的分析，確定??１１??

４個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代實物圖圖像，表２．１為Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ?Ｐｉ?Ｂ型３代相關(guān)參數(shù)。??１３??

在同時滿足父母和兒童的需求，兒童教育機器人應(yīng)具備以上六大功能——教??育陪伴、聲控運動、圖形化編程、遠程監(jiān)測、遠程控制、離線監(jiān)控。綜上所述，得??出了兒童教育機器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖３．１所示。??了?ＮＡＴ??ｓ８－§?：：＾Ｔｒ＾???＾?＾．．?服務(wù)器??Ｗｅｂ??Ｉ?遠程監(jiān)測?｜?Ｌ?丨二二??｜?—遠程控制，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電機驅(qū)動??圖３．１兒童教育機器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計??３．２兒童教育機器人的方案分析??本論文設(shè)計的兒童教育機器人包括主控單元，語音輔助單元，監(jiān)控核心單元，??運動驅(qū)動單元，電源管理單元等五部分硬件模塊。最關(guān)鍵的功能是實現(xiàn)人機交互，??即兒童語音控制機器人和家長遠程監(jiān)控機器人，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)揮強大的處理能力，即負責人機交互的信息處理和計??算機狀態(tài)信息的處理
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本文編號：2855459