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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 智能機(jī)器人教師系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是針對(duì)現(xiàn)有多媒體教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)中教學(xué)手段單一、師生互動(dòng)少、教學(xué)質(zhì)量低等問(wèn)題提出的。本作品對(duì)AIML技術(shù)擴(kuò)展，結(jié)合TTS語(yǔ)音技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于自然語(yǔ)言技術(shù)的智能交互引擎，并結(jié)合可交互的機(jī)器人視覺(jué)、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)交互功能、豐富的配套輔助教學(xué)軟件，是一種全新的多媒體教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)解決方案，解決了傳統(tǒng)方法教學(xué)中缺乏互動(dòng)、教學(xué)效果差等問(wèn)題，是老師的好幫手，學(xué)生的好朋友！
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品旨在解決現(xiàn)有多媒體教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)中存在的學(xué)生上課枯燥、師生互動(dòng)少、教學(xué)手段單一、教學(xué)質(zhì)量低等問(wèn)題?；谡Z(yǔ)音交互、機(jī)器視覺(jué)、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)交互等較為成熟的技術(shù)，創(chuàng)新性地將其進(jìn)行組合、擴(kuò)展和延伸。 首先通過(guò)對(duì)AIML技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，并結(jié)合TTS語(yǔ)音技術(shù)開(kāi)發(fā)完成了人工智能交互引擎，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能；其次，采用Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)交互功能；同時(shí)基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)了可交互視覺(jué)功能；此外，配有豐富的輔助教學(xué)軟件；最后，研究制作了控制電路以及作品的機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。 本作品營(yíng)造了多種生動(dòng)、高效的教學(xué)模式，增強(qiáng)了人機(jī)互動(dòng)和學(xué)習(xí)效果檢測(cè)能力，是一種全新的遠(yuǎn)程教學(xué)、多媒體教學(xué)解決方案，解決了傳統(tǒng)教學(xué)、多媒體教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)中缺乏互動(dòng)、教學(xué)效果差等問(wèn)題，改善現(xiàn)今教學(xué)模式單一化現(xiàn)象，削弱教師的教學(xué)工作量，減小了教學(xué)過(guò)程中人為錯(cuò)誤的發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)的、新穎的、先進(jìn)的、實(shí)用的、完整的智能機(jī)器人教師系統(tǒng)?？梢?jiàn)，本作品具有可預(yù)見(jiàn)性的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，便于使用和投產(chǎn)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路 （1）作品設(shè)計(jì)目的在于解決現(xiàn)有多媒體教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)中存在的學(xué)生上課枯燥、師生互動(dòng)少、教學(xué)手段單一、教學(xué)質(zhì)量低等問(wèn)題。 （2）設(shè)計(jì)基本思路：本作品通過(guò)控制、交互系統(tǒng)以及外圍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)課堂互動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)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(jī)器視覺(jué)人機(jī)接口、教學(xué)效果實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)模塊作出相應(yīng)的反饋?！爸悄軝C(jī)器人教師”兩臂通過(guò)步進(jìn)電機(jī)與外殼相連接，在特定的條件作出擺臂等動(dòng)作，面部裝有LED顯示機(jī)器人表情，頭部載有紅外攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)交互信息采集，并通過(guò)OPENCV進(jìn)行分析判斷，為課堂互動(dòng)提供了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了行為互動(dòng)；實(shí)現(xiàn)了課堂效率的可操控性；配套的輔助教學(xué)軟件，豐富了教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)了教學(xué)的人性化和智能化。 2、作品創(chuàng)新點(diǎn) （1）智能的人機(jī)交互：對(duì)AIML技術(shù)擴(kuò)展，結(jié)合TTS語(yǔ)音技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于自然語(yǔ)言技術(shù)的智能引擎。 （2）教學(xué)效果實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)系統(tǒng)：開(kāi)發(fā)完成了基于Web的網(wǎng)絡(luò)以及感覺(jué)系統(tǒng)等，對(duì)學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與反饋。 （3）敏銳的機(jī)器視覺(jué)以及網(wǎng)絡(luò)共享型智力培養(yǎng)，達(dá)到了高效的教學(xué)效果。 3、本作品的技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 關(guān)鍵技術(shù)包括：AIML擴(kuò)展研究、AIML與TTS協(xié)同機(jī)制研究、機(jī)器人硬件系統(tǒng)研究、機(jī)器人控制軟件研究、實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)軟件研究、教學(xué)模式控制軟件研究。 主要指標(biāo)：1、實(shí)時(shí)的語(yǔ)音交互控制； 2、實(shí)時(shí)機(jī)器視覺(jué)交互控制；3、在線(xiàn)測(cè)試及試卷實(shí)時(shí)分析；4、可控安全的機(jī)械運(yùn)行模式。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.科學(xué)性 現(xiàn)今多媒體教學(xué)和遠(yuǎn)程教學(xué)普遍存在教學(xué)過(guò)程單調(diào)、教學(xué)信息量匱乏、師生間互動(dòng)少等問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題提出了智能機(jī)器人教師系統(tǒng)。本作品開(kāi)發(fā)完成了人工智能交互引擎、可交互機(jī)器人視覺(jué)、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)交互等核心技術(shù)，創(chuàng)新性地將其進(jìn)行組合、擴(kuò)展和延伸，實(shí)現(xiàn)了具有科學(xué)性的智能機(jī)器人教師系統(tǒng)，增強(qiáng)了人機(jī)互動(dòng)和學(xué)習(xí)效果檢測(cè)能力，增強(qiáng)了師生間交流、互動(dòng)，減輕了學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)，提高了教師的教學(xué)效率與質(zhì)量。 2.先進(jìn)性 目前，機(jī)器人技術(shù)日新月異，但就教學(xué)機(jī)器人領(lǐng)域而言，國(guó)內(nèi)外尚處在起步階段。本作品的主要研究?jī)?nèi)容是智能機(jī)器人教師系統(tǒng)，在具有當(dāng)前存在的教學(xué)機(jī)器人功能的同時(shí)，還具有對(duì)AIML技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，結(jié)合TTS語(yǔ)音技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的基于自然語(yǔ)言技術(shù)的智能交互引擎，可交互的機(jī)器人視覺(jué)，網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)交互功能以及豐富的配套輔助教學(xué)軟件，共同營(yíng)造了多種生動(dòng)、高效的教學(xué)模式，構(gòu)建了先進(jìn)的智能機(jī)器人教師系統(tǒng)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)的先進(jìn)性與新穎性，提高了教學(xué)效率與質(zhì)量。
獲獎(jiǎng)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(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 功能設(shè)計(jì)和硬件制作、軟件開(kāi)發(fā)已完成，現(xiàn)處于系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)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(shí)物、圖片、錄像、現(xiàn)場(chǎng)演示。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、使用說(shuō)明：使用智能機(jī)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(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別配置，之后即可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。 2、技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 人機(jī)交互：師生間的交流、互動(dòng)充分，優(yōu)化了課堂氣氛、教學(xué)效果。 教學(xué)反饋：及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，有助于教師調(diào)整教學(xué)策略，進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)。 功能擴(kuò)展：豐富的配套軟件輔助教學(xué)，豐富了教學(xué)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(shuō)明及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：本作品以語(yǔ)音式的交流、視覺(jué)式的監(jiān)控、智能化的設(shè)計(jì)、人性化的教學(xué)及強(qiáng)大、豐富的輔助教學(xué)軟件等技術(shù)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中異軍突起，具有不容忽視的發(fā)展前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 近年來(lái)隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)智能機(jī)器人的研究越來(lái)越多。在教育領(lǐng)域,許多院校已在學(xué)生中開(kāi)設(shè)了機(jī)器人方面的相關(guān)課程，很多國(guó)家也已經(jīng)把輔助教學(xué)機(jī)器人付諸實(shí)踐！ 在國(guó)外，教學(xué)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)相對(duì)而言比較成熟了，其中日本研制的機(jī)器人“Engkey” 可以在教室根據(jù)老師的口令完成各種動(dòng)作，還能與學(xué)生對(duì)話(huà)、唱歌、揮動(dòng)“四肢”做游戲、隨著音樂(lè)跳舞等基本功能；韓國(guó)研制出的智能機(jī)器人教師“阿莫西”不僅能行進(jìn)、上樓梯、揮手、繞開(kāi)障礙物，還能進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)話(huà)，此外，還具有豐富的面部表情。 在國(guó)內(nèi)，已存在一些企業(yè)和公司可以生產(chǎn)教學(xué)機(jī)器人或教學(xué)平臺(tái)。不同種類(lèi)的教學(xué)機(jī)器人也開(kāi)始涌現(xiàn)，如SmartCar、SUUNY618、博思威科教育機(jī)器人等均已投入市場(chǎng)。 綜上所述，教學(xué)機(jī)器人無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都還處于起步階段，教學(xué)適用性強(qiáng)、性能價(jià)格比高的教學(xué)機(jī)器人產(chǎn)品仍然比較匱乏。教學(xué)機(jī)器人的功能有限及設(shè)計(jì)陳舊，易導(dǎo)致人們對(duì)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(xué)機(jī)器人產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，不斷推陳出新，研究開(kāi)發(fā)出各種新的產(chǎn)品。從技術(shù)角度上看，教育機(jī)器人應(yīng)有更好的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，具有更強(qiáng)的交互性；良好的人機(jī)界面對(duì)教學(xué)機(jī)器人來(lái)說(shuō)也很重要。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)深入挖掘教學(xué)機(jī)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(jī)器人教師”能有效的提高教學(xué)質(zhì)量。本作品主要由以下幾大系統(tǒng)組成： （1）感覺(jué)系統(tǒng)：包括視覺(jué)和位移覺(jué)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(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字量。其中，視覺(jué)系統(tǒng)要求能攝取學(xué)生的聲音特征，位移覺(jué)主要用于機(jī)器人判斷學(xué)生的精確位置。 （2）專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)。對(duì)AIML技術(shù)擴(kuò)展并結(jié)合TTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)自然語(yǔ)言技術(shù)的智能引擎，單詞、語(yǔ)法、數(shù)學(xué)邏輯公式等知識(shí)素材則采用分布式、系統(tǒng)式積聚成庫(kù)，在教學(xué)中可以直接調(diào)用這些素材使得授課過(guò)程就更加方便。 （3）教學(xué)效果實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)系統(tǒng)：基于Web開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)系統(tǒng)幫助教師更好的開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，其智能特征是：能診斷、評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，自動(dòng)生成各種問(wèn)題與練習(xí)并進(jìn)行解決。 （4）輸出系統(tǒng)：作品包括語(yǔ)音合成系統(tǒng)和表情動(dòng)作系統(tǒng)，機(jī)器人有表情、動(dòng)作的變化，增加了教學(xué)的生動(dòng)性。
