基本信息
- 项目名称：
- 智能机器人教师系统的研究与设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是针对现有多媒体教学和远程教学中教学手段单一、师生互动少、教学质量低等问题提出的。本作品对AIML技术扩展，结合TTS语音技术，实现了基于自然语言技术的智能交互引擎，并结合可交互的机器人视觉、网络化实时交互功能、丰富的配套辅助教学软件，是一种全新的多媒体教学、远程教学解决方案，解决了传统方法教学中缺乏互动、教学效果差等问题，是老师的好帮手，学生的好朋友！
- 详细介绍：
- 本作品旨在解决现有多媒体教学和远程教学中存在的学生上课枯燥、师生互动少、教学手段单一、教学质量低等问题。基于语音交互、机器视觉、网络化实时交互等较为成熟的技术，创新性地将其进行组合、扩展和延伸。 首先通过对AIML技术进行扩展，并结合TTS语音技术开发完成了人工智能交互引擎，实现了人机交互功能；其次，采用Web技术实现了网络化实时交互功能；同时基于机器视觉技术的人机交互，实现了可交互视觉功能；此外，配有丰富的辅助教学软件；最后，研究制作了控制电路以及作品的机械运动结构。 本作品营造了多种生动、高效的教学模式，增强了人机互动和学习效果检测能力，是一种全新的远程教学、多媒体教学解决方案，解决了传统教学、多媒体教学、远程教学中缺乏互动、教学效果差等问题，改善现今教学模式单一化现象，削弱教师的教学工作量，减小了教学过程中人为错误的发生率，实现了科学的、新颖的、先进的、实用的、完整的智能机器人教师系统。可见，本作品具有可预见性的社会效益和经济效益，便于使用和投产。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、作品设计、发明的目的和基本思路 （1）作品设计目的在于解决现有多媒体教学和远程教学中存在的学生上课枯燥、师生互动少、教学手段单一、教学质量低等问题。 （2）设计基本思路：本作品通过控制、交互系统以及外围设备，实现课堂互动。控制系统通过对课堂中声音、图片和指令信息的采集分析，结合人工智能交互引擎、机器视觉人机接口、教学效果实时测评模块作出相应的反馈。“智能机器人教师”两臂通过步进电机与外壳相连接，在特定的条件作出摆臂等动作，面部装有LED显示机器人表情，头部载有红外摄像头实现对交互信息采集，并通过OPENCV进行分析判断，为课堂互动提供了环境，实现了行为互动；实现了课堂效率的可操控性；配套的辅助教学软件，丰富了教学内容，增强了教学的人性化和智能化。 2、作品创新点 （1）智能的人机交互：对AIML技术扩展，结合TTS语音技术，实现基于自然语言技术的智能引擎。 （2）教学效果实时测评系统：开发完成了基于Web的网络以及感觉系统等，对学生在课堂中的学习效果进行实时检测与反馈。 （3）敏锐的机器视觉以及网络共享型智力培养，达到了高效的教学效果。 3、本作品的技术关键和主要技术指标 关键技术包括：AIML扩展研究、AIML与TTS协同机制研究、机器人硬件系统研究、机器人控制软件研究、实时测评软件研究、教学模式控制软件研究。 主要指标：1、实时的语音交互控制； 2、实时机器视觉交互控制；3、在线测试及试卷实时分析；4、可控安全的机械运行模式。
科学性、先进性
- 1.科学性 现今多媒体教学和远程教学普遍存在教学过程单调、教学信息量匮乏、师生间互动少等问题，针对这些问题提出了智能机器人教师系统。本作品开发完成了人工智能交互引擎、可交互机器人视觉、网络化实时交互等核心技术，创新性地将其进行组合、扩展和延伸，实现了具有科学性的智能机器人教师系统，增强了人机互动和学习效果检测能力，增强了师生间交流、互动，减轻了学生的课业负担，提高了教师的教学效率与质量。 2.先进性 目前，机器人技术日新月异，但就教学机器人领域而言，国内外尚处在起步阶段。本作品的主要研究内容是智能机器人教师系统，在具有当前存在的教学机器人功能的同时，还具有对AIML技术进行扩展，结合TTS语音技术，实现的基于自然语言技术的智能交互引擎，可交互的机器人视觉，网络化实时交互功能以及丰富的配套辅助教学软件，共同营造了多种生动、高效的教学模式，构建了先进的智能机器人教师系统，丰富了教学内容，提高了教学的先进性与新颖性，提高了教学效率与质量。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月，荣获本校第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
作品所处阶段
- 功能设计和硬件制作、软件开发已完成，现处于系统稳定性测试阶段。
技术转让方式
- 合作生产。
作品可展示的形式
- 实物、图片、录像、现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、使用说明：使用智能机器人教师系统需要安装好相应的主控软件以及相关的硬件设备，首次使用前需要进行语音识别配置，之后即可实现人机交互。 2、技术特点和优势 人机交互：师生间的交流、互动充分，优化了课堂气氛、教学效果。 教学反馈：及时反馈学生的学习状况，有助于教师调整教学策略，进行针对性教学。 功能扩展：丰富的配套软件辅助教学，丰富了教学的智能化和人性化。 3、适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测：本作品以语音式的交流、视觉式的监控、智能化的设计、人性化的教学及强大、丰富的辅助教学软件等技术，在激烈的市场竞争中异军突起，具有不容忽视的发展前景。
同类课题研究水平概述
- 近年来随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域,许多院校已在学生中开设了机器人方面的相关课程，很多国家也已经把辅助教学机器人付诸实践！ 在国外，教学机器人技术已经相对而言比较成熟了，其中日本研制的机器人“Engkey” 可以在教室根据老师的口令完成各种动作，还能与学生对话、唱歌、挥动“四肢”做游戏、随着音乐跳舞等基本功能；韩国研制出的智能机器人教师“阿莫西”不仅能行进、上楼梯、挥手、绕开障碍物，还能进行简单的对话，此外，还具有丰富的面部表情。 在国内，已存在一些企业和公司可以生产教学机器人或教学平台。不同种类的教学机器人也开始涌现，如SmartCar、SUUNY618、博思威科教育机器人等均已投入市场。 综上所述，教学机器人无论是国内还是国外，都还处于起步阶段，教学适用性强、性能价格比高的教学机器人产品仍然比较匮乏。教学机器人的功能有限及设计陈旧，易导致人们对其兴趣的衰减。为了避免这种僵化现象，就要求在现有的教学机器人产品的基础上，不断推陈出新，研究开发出各种新的产品。从技术角度上看，教育机器人应有更好的开放性和可扩展性，具有更强的交互性；良好的人机界面对教学机器人来说也很重要。同时，应当深入挖掘教学机器人的教育应用途径，更有效地发挥它的作用。 本作品所研究的“智能机器人教师”能有效的提高教学质量。本作品主要由以下几大系统组成： （1）感觉系统：包括视觉和位移觉组建。每种传感器上都有模数转换部件，以便将采集到的模拟量转换成计算机能够处理的数字量。其中，视觉系统要求能摄取学生的声音特征，位移觉主要用于机器人判断学生的精确位置。 （2）专家知识库系统。对AIML技术扩展并结合TTS技术实现自然语言技术的智能引擎，单词、语法、数学逻辑公式等知识素材则采用分布式、系统式积聚成库，在教学中可以直接调用这些素材使得授课过程就更加方便。 （3）教学效果实时测评系统：基于Web开发的网络化实时测评系统帮助教师更好的开展教学活动，其智能特征是：能诊断、评价学生的学习情况，自动生成各种问题与练习并进行解决。 （4）输出系统：作品包括语音合成系统和表情动作系统，机器人有表情、动作的变化，增加了教学的生动性。
