基本信息
- 項目名稱：
- 智能機器人教師系統(tǒng)的研究與設(shè)計
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是針對現(xiàn)有多媒體教學和遠程教學中教學手段單一、師生互動少、教學質(zhì)量低等問題提出的。本作品對AIML技術(shù)擴展，結(jié)合TTS語音技術(shù)，實現(xiàn)了基于自然語言技術(shù)的智能交互引擎，并結(jié)合可交互的機器人視覺、網(wǎng)絡(luò)化實時交互功能、豐富的配套輔助教學軟件，是一種全新的多媒體教學、遠程教學解決方案，解決了傳統(tǒng)方法教學中缺乏互動、教學效果差等問題，是老師的好幫手，學生的好朋友！
- 詳細介紹：
- 本作品旨在解決現(xiàn)有多媒體教學和遠程教學中存在的學生上課枯燥、師生互動少、教學手段單一、教學質(zhì)量低等問題?；谡Z音交互、機器視覺、網(wǎng)絡(luò)化實時交互等較為成熟的技術(shù)，創(chuàng)新性地將其進行組合、擴展和延伸。 首先通過對AIML技術(shù)進行擴展，并結(jié)合TTS語音技術(shù)開發(fā)完成了人工智能交互引擎，實現(xiàn)了人機交互功能；其次，采用Web技術(shù)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化實時交互功能；同時基于機器視覺技術(shù)的人機交互，實現(xiàn)了可交互視覺功能；此外，配有豐富的輔助教學軟件；最后，研究制作了控制電路以及作品的機械運動結(jié)構(gòu)。 本作品營造了多種生動、高效的教學模式，增強了人機互動和學習效果檢測能力，是一種全新的遠程教學、多媒體教學解決方案，解決了傳統(tǒng)教學、多媒體教學、遠程教學中缺乏互動、教學效果差等問題，改善現(xiàn)今教學模式單一化現(xiàn)象，削弱教師的教學工作量，減小了教學過程中人為錯誤的發(fā)生率，實現(xiàn)了科學的、新穎的、先進的、實用的、完整的智能機器人教師系統(tǒng)?？梢?，本作品具有可預見性的社會效益和經(jīng)濟效益，便于使用和投產(chǎn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1、作品設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路 （1）作品設(shè)計目的在于解決現(xiàn)有多媒體教學和遠程教學中存在的學生上課枯燥、師生互動少、教學手段單一、教學質(zhì)量低等問題。 （2）設(shè)計基本思路：本作品通過控制、交互系統(tǒng)以及外圍設(shè)備，實現(xiàn)課堂互動?？刂葡到y(tǒng)通過對課堂中聲音、圖片和指令信息的采集分析，結(jié)合人工智能交互引擎、機器視覺人機接口、教學效果實時測評模塊作出相應(yīng)的反饋。“智能機器人教師”兩臂通過步進電機與外殼相連接，在特定的條件作出擺臂等動作，面部裝有LED顯示機器人表情，頭部載有紅外攝像頭實現(xiàn)對交互信息采集，并通過OPENCV進行分析判斷，為課堂互動提供了環(huán)境，實現(xiàn)了行為互動；實現(xiàn)了課堂效率的可操控性；配套的輔助教學軟件，豐富了教學內(nèi)容，增強了教學的人性化和智能化。 2、作品創(chuàng)新點 （1）智能的人機交互：對AIML技術(shù)擴展，結(jié)合TTS語音技術(shù)，實現(xiàn)基于自然語言技術(shù)的智能引擎。 （2）教學效果實時測評系統(tǒng)：開發(fā)完成了基于Web的網(wǎng)絡(luò)以及感覺系統(tǒng)等，對學生在課堂中的學習效果進行實時檢測與反饋。 （3）敏銳的機器視覺以及網(wǎng)絡(luò)共享型智力培養(yǎng)，達到了高效的教學效果。 3、本作品的技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標 關(guān)鍵技術(shù)包括：AIML擴展研究、AIML與TTS協(xié)同機制研究、機器人硬件系統(tǒng)研究、機器人控制軟件研究、實時測評軟件研究、教學模式控制軟件研究。 主要指標：1、實時的語音交互控制； 2、實時機器視覺交互控制；3、在線測試及試卷實時分析；4、可控安全的機械運行模式。
科學性、先進性
- 1.科學性 現(xiàn)今多媒體教學和遠程教學普遍存在教學過程單調(diào)、教學信息量匱乏、師生間互動少等問題，針對這些問題提出了智能機器人教師系統(tǒng)。本作品開發(fā)完成了人工智能交互引擎、可交互機器人視覺、網(wǎng)絡(luò)化實時交互等核心技術(shù)，創(chuàng)新性地將其進行組合、擴展和延伸，實現(xiàn)了具有科學性的智能機器人教師系統(tǒng)，增強了人機互動和學習效果檢測能力，增強了師生間交流、互動，減輕了學生的課業(yè)負擔，提高了教師的教學效率與質(zhì)量。 2.先進性 目前，機器人技術(shù)日新月異，但就教學機器人領(lǐng)域而言，國內(nèi)外尚處在起步階段。本作品的主要研究內(nèi)容是智能機器人教師系統(tǒng)，在具有當前存在的教學機器人功能的同時，還具有對AIML技術(shù)進行擴展，結(jié)合TTS語音技術(shù)，實現(xiàn)的基于自然語言技術(shù)的智能交互引擎，可交互的機器人視覺，網(wǎng)絡(luò)化實時交互功能以及豐富的配套輔助教學軟件，共同營造了多種生動、高效的教學模式，構(gòu)建了先進的智能機器人教師系統(tǒng)，豐富了教學內(nèi)容，提高了教學的先進性與新穎性，提高了教學效率與質(zhì)量。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月，榮獲本校第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 功能設(shè)計和硬件制作、軟件開發(fā)已完成，現(xiàn)處于系統(tǒng)穩(wěn)定性測試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作生產(chǎn)。
作品可展示的形式
- 實物、圖片、錄像、現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1、使用說明：使用智能機器人教師系統(tǒng)需要安裝好相應(yīng)的主控軟件以及相關(guān)的硬件設(shè)備，首次使用前需要進行語音識別配置，之后即可實現(xiàn)人機交互。 2、技術(shù)特點和優(yōu)勢 人機交互：師生間的交流、互動充分，優(yōu)化了課堂氣氛、教學效果。 教學反饋：及時反饋學生的學習狀況，有助于教師調(diào)整教學策略，進行針對性教學。 功能擴展：豐富的配套軟件輔助教學，豐富了教學的智能化和人性化。 3、適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明及市場分析和經(jīng)濟效益預測：本作品以語音式的交流、視覺式的監(jiān)控、智能化的設(shè)計、人性化的教學及強大、豐富的輔助教學軟件等技術(shù)，在激烈的市場競爭中異軍突起，具有不容忽視的發(fā)展前景。
同類課題研究水平概述
- 近年來隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對智能機器人的研究越來越多。在教育領(lǐng)域,許多院校已在學生中開設(shè)了機器人方面的相關(guān)課程，很多國家也已經(jīng)把輔助教學機器人付諸實踐！ 在國外，教學機器人技術(shù)已經(jīng)相對而言比較成熟了，其中日本研制的機器人“Engkey” 可以在教室根據(jù)老師的口令完成各種動作，還能與學生對話、唱歌、揮動“四肢”做游戲、隨著音樂跳舞等基本功能；韓國研制出的智能機器人教師“阿莫西”不僅能行進、上樓梯、揮手、繞開障礙物，還能進行簡單的對話，此外，還具有豐富的面部表情。 在國內(nèi)，已存在一些企業(yè)和公司可以生產(chǎn)教學機器人或教學平臺。不同種類的教學機器人也開始涌現(xiàn)，如SmartCar、SUUNY618、博思威科教育機器人等均已投入市場。 綜上所述，教學機器人無論是國內(nèi)還是國外，都還處于起步階段，教學適用性強、性能價格比高的教學機器人產(chǎn)品仍然比較匱乏。教學機器人的功能有限及設(shè)計陳舊，易導致人們對其興趣的衰減。為了避免這種僵化現(xiàn)象，就要求在現(xiàn)有的教學機器人產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，不斷推陳出新，研究開發(fā)出各種新的產(chǎn)品。從技術(shù)角度上看，教育機器人應(yīng)有更好的開放性和可擴展性，具有更強的交互性；良好的人機界面對教學機器人來說也很重要。同時，應(yīng)當深入挖掘教學機器人的教育應(yīng)用途徑，更有效地發(fā)揮它的作用。 本作品所研究的“智能機器人教師”能有效的提高教學質(zhì)量。本作品主要由以下幾大系統(tǒng)組成： （1）感覺系統(tǒng)：包括視覺和位移覺組建。每種傳感器上都有模數(shù)轉(zhuǎn)換部件，以便將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機能夠處理的數(shù)字量。其中，視覺系統(tǒng)要求能攝取學生的聲音特征，位移覺主要用于機器人判斷學生的精確位置。 （2）專家知識庫系統(tǒng)。對AIML技術(shù)擴展并結(jié)合TTS技術(shù)實現(xiàn)自然語言技術(shù)的智能引擎，單詞、語法、數(shù)學邏輯公式等知識素材則采用分布式、系統(tǒng)式積聚成庫，在教學中可以直接調(diào)用這些素材使得授課過程就更加方便。 （3）教學效果實時測評系統(tǒng)：基于Web開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化實時測評系統(tǒng)幫助教師更好的開展教學活動，其智能特征是：能診斷、評價學生的學習情況，自動生成各種問題與練習并進行解決。 （4）輸出系統(tǒng)：作品包括語音合成系統(tǒng)和表情動作系統(tǒng)，機器人有表情、動作的變化，增加了教學的生動性。
