一种基于玩具机器人的互动式教学系统的制作方法

本发明属于互动教学领域，涉及一种玩具机器人，具体是一种基于玩具机器人的互动式教学系统。

背景技术：

机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动；它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副(转动副或移动副)常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部(夹持器或末端执行器)和行走部(对于移动机器人)等。

驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。

检测装置是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。

控制系统分为两种，一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散(级)式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个cpu，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。

当前随着技术的发展和小孩的需求，越来越多的玩具机器人开始出现，与此同时，如何将玩具机器人与小孩教育结合起来，形成一种寓教于乐的教育方式，是一个比较值得解决的问题；为了实现这一设想，现提出一种解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于玩具机器人的互动式教学系统。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)如何建立一个有效的教学时间段，在指定的时间内对儿童进行教学指导；

(2)在互动教学时间段，如何有效的对儿童进行教育，且在儿童做出解答时得到相应的反应从而形成一种有效的互动式教学；

(3)如何针对性的更新题库从而弥补儿童学习上的知识盲点，且能够跟家长端形成有效互动；

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于玩具机器人的互动式教学系统，包括控制器、语音拾取单元、时间单元、数据暂存模块、显示模块、动作驱动模块、语音播放模块、数据交互模块和家长控制端；

其中，所述家长控制端用于通过数据交互模块与控制器通信联接，所述家长控制端包括辅助控制器、数据录入单元、数据展示模块和数据搜索单元；所述数据录入单元用于家长录入题库和对应的教学规则，所述数据录入单元用于将题库和教学规则传输到辅助控制器，所述辅助控制器通过数据交互模块向控制器传输题库和对应的教学规则；所述题库包括教学问题组、对应答案信息组和对应知识点信息组；教学问题组由若干个教学问题组成，教学问题数量为预设值x1；答案信息组由若干个教学问题对应答案信息组成，知识点信息组由若干个教学问题对应的知识点信息组成；

所述教学规则具体表现如下：

步骤一：获取当月日历，从日历中删除节假日和每周日；

步骤二：设定每天从时间段t1-t2开始进行教学活动；t1和t2均为预设时间点；

步骤三：当到达预设时间t1开始进行教学，当到达预设时间t2时停止教学，若在停止教学时当前教学尚未完成则下次启动时继续当前教学过程直至结束；

所述控制器用于将题库和教学规则传输到数据暂存模块，所述数据暂存模块接收控制器传输的题库和教学规则；所述动作驱动模块用于驱动控制机器人的动作；所述时间单元用于获取实时时间；

所述控制器与时间单元通信联接，当需要进行教学时，所述控制器从数据暂存模块读取当前的教学规则；当进入教学规则规定的教学时间段t1时开始教学；所述控制器用于在开始教学时会先个语音播放模块传输启动信号；所述语音播放模块在接收到控制器传输的启动信号时会自动播放启动语音，启动语音为家长控制端预先录制好的语音；所述控制器内预设有回应指令，在语音播放模块播放完启动语音后儿童说出回应指令时才会开始进行教学计划；所述语音拾取单元用于实时拾取被教学儿童的说话语音，所述语音拾取单元用于将回答语音信息传输到控制器，所述控制器接收语音拾取单元传输的回答语音信息并对其进行下述处理：

步骤一：获取到回答语音信息；

步骤三：将回答语音信息转换为回答文字信息，将回答文字信息与回应指令进行逐字对比，得到重合字数；

步骤四：获取得到重合字数占回应指令的比数，当比数超过预设值时判定回应指令生效；

所述控制器在回应指令生效时会开始进行答题步骤，答题步骤具体反应表现为：

步骤一：首先获取到数据暂存模块存储的题库，从题库内获取到教学问题组、对应答案信息组和对应知识点信息组；将教学问题组标记为wi，i＝1...n；将答案信息组标记为di，i＝1...n；将对应的知识点信息组标记为zi，i＝1...n；wi、di和zi均一一对应；

步骤二：从wi中获取w1，w1表示第一个教学问题；

步骤三：通过控制器将w1传输到语音播放模块，通过语音播放模块朗读第一个教学问题；

步骤四：通过语音拾取单元获取儿童的回答语音信息，将回答语音信息转换为文字信息并将文字信息标定为回答文字信息；

步骤五：将回答文字信息与w1对应的d1进行逐字比对，获取得到回答文字信息与d1的重叠率并将其标记为正确率q1；对正确率q1进行判定，判定过程如下：

s1：当正确率q1低于预设值q1y时会生成错误信号；

ss1：控制器在检测到生成错误信号时会自动从题库中获取到w1对应的知识点信息z1；

ss2：将知识点信息z1传输到语音播放模块，语音播放模块在接收到z1时会自动播放“本题掌握程度不够，还需加油，本题的对应知识点为”指定语音之后再播放知识点信息z1；

ss3：同时控制器在检测到错误信号时会想动作驱动模块传输鼓励指令，动作驱动模块接收到鼓励指令时会自动发出鼓励动作，鼓励动作为预设动作；

s2：当q1y≤正确率q1≤q2y时会生成加强信号；q1y和q2y均为预设值；

ss1：控制器在检测到生成加强信号时会自动从题库中获取到w1对应的知识点信息z1；

ss2：将知识点信息z1传输到语音播放模块，语音播放模块在接收到z1时会自动播放“本题掌握程度一般，要进一步加强，本题的对应知识点为”指定语音之后再播放知识点信息z1；

s3：当正确率q1>q2y时会生成奖励信号；

ss1：控制器在检测到生成奖励信号时会自动将奖励信号传输到语音播放模块和动作驱动模块；

ss2：语音播放模块在接收到奖励信号时会自动播放“本题掌握程度完美，继续加油”这一指定语音；

步骤六：从w2开始一次获取wi中的教学问题直到最后一个教学问题，将wi代入w1并重复步骤三到步骤五获取得到本套题库回答的正确率组，将正确率组标定为qi，i＝1...n；qi与wi一一对应；

所述控制器还用于实时获取时间单元的时间信息，当控制器检测到时间信息超过预设时间段t2时间时会自动终止答题步骤直到下一次开始答题时才会继续接上上一次的答题步骤；

所述控制器还用于获取qi≤q2y的qi值对应的知识点信息zi并将知识点信息标记为待加强知识点zdi，i＝1...n；所述控制器用于将待加强知识点zdi通过数据交互模块传输到辅助控制器，所述辅助控制器用于将待加强知识点zdi传输到数据搜索单元，所述数据搜索单元用于根据待加强知识点zdi从互联网获取新的题库并将其标记为替代题库，所述数据搜索单元用于将替代题库返回辅助控制器，所述辅助控制器用于将替代题库通过数据交互模块传输到控制器，所述控制器用于将替代题库代替原有题库并按照新的题库结合原有教学规则进行新的教学。

进一步地，所述控制器还用于在qi均大于q2y时通过数据交互模块向辅助控制器传输增添命令和qi对应的知识点信息组zi，所述辅助控制器用于将增添命令传输到数据录入单元，所述数据录入单元在接收到增添命令时会提醒用户录入题库范围信息和题库内教学问题数量信息x1，题库范围信息为题库内教学问题组的范围，具体表现为几年级的题目；所述辅助控制器用于将zi传输到数据缓存单元并将其标记为已掌握知识点进行实时存储；

所述数据录入单元用于将题库范围信息、数量信息x1传输到辅助控制器，所述辅助控制器用于结合数据搜索单元和数据缓存单元对题库范围信息、数量信息x1和zi进行下述操作：

步骤一：获取题库范围信息和数量信息x1；

步骤二：根据题库范围信息从互联网内获取对应的大量待更新教学问题、对应待更新答案信息和对应待更新知识点信息；大量至少为500；

步骤三：获取到数据缓存单元的已掌握知识点，去除掉待更新知识点信息内和已掌握知识点一致的知识点信息形成更新知识点信息组，获取到更新知识点信息组对应的更新教学问题组和更新答案信息组；

步骤四：将更新知识点信息组、更新教学问题组和更新答案信息组融合形成更新题库；

所述辅助控制器用于将更新题库通过数据交互模块传输到控制器，所述控制器用于将更新题库传输到数据暂存模块，所述数据暂存模块将更新题库替代原有题库进行实时存储并按更新题库结合原有教学规则进行新的教学。

进一步地，所述辅助控制器还用于将待加强知识点zdi传输到数据展示模块进行实时显示，所述数据展示模块可为显示器。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过家长控制端的设置，能够设置一个有效的时间段，同时合理的安排休息时间，让儿童参与学习，在每次学习时间到来时，会通过启动语音和控制器内预设有回应指令，判定儿童已经准备就绪并开始进行学习，如果没有得到相应的回应指令，则不会启动教学，避免因为儿童不在场而造成系统的启动；

(2)本发明通过将对应题库和教学规则传输到控制器，控制器将题库和教学规则传输到数据暂存模块进行暂时存储，之后控制器结合时间单元按照教学规则开始进行教学，之后通过语音播放模块播放教学题目并等待儿童作答后比对对应答案，当答题正确时，通过动作驱动模块给出奖励动作和对应语音信息；如果答题错误则会给出对应的鼓励动作和加油语音；

(3)本发明通过控制器结合相关规则整理出当前尚未掌握的题目对应的知识点信息，之后将尚未掌握的知识点信息回传到家长控制端，通过数据搜索单元自动检索题目并返回到语音播放模块直到掌握对应题库范围的所有题目；当对应范围所有的题目都已掌握时则会提示家长输入新的教学范围信息，重新进行教学，使得儿童能够全面的掌握家长输入范围的知识点信息；本发明简单有效，且易于实用。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于玩具机器人的互动式教学系统，包括控制器、语音拾取单元、时间单元、数据暂存模块、显示模块、动作驱动模块、语音播放模块、数据交互模块和家长控制端；

其中，所述家长控制端用于通过数据交互模块与控制器通信联接，所述家长控制端包括辅助控制器、数据录入单元、数据展示模块和数据搜索单元；所述数据录入单元用于家长录入题库和对应的教学规则，所述数据录入单元用于将题库和教学规则传输到辅助控制器，所述辅助控制器通过数据交互模块向控制器传输题库和对应的教学规则；所述题库包括教学问题组、对应答案信息组和对应知识点信息组；教学问题组由若干个教学问题组成，教学问题数量为预设值x1；答案信息组由若干个教学问题对应答案信息组成，知识点信息组由若干个教学问题对应的知识点信息组成；

所述教学规则具体表现如下：

步骤一：获取当月日历，从日历中删除节假日和每周日；

步骤二：设定每天从时间段t1-t2开始进行教学活动；t1和t2均为预设时间点；

步骤三：当到达预设时间t1开始进行教学，当到达预设时间t2时停止教学，若在停止教学时当前教学尚未完成则下次启动时继续当前教学过程直至结束；

所述控制器用于将题库和教学规则传输到数据暂存模块，所述数据暂存模块接收控制器传输的题库和教学规则；所述动作驱动模块用于驱动控制机器人的动作；所述时间单元用于获取实时时间；

所述控制器与时间单元通信联接，当需要进行教学时，所述控制器从数据暂存模块读取当前的教学规则；当进入教学规则规定的教学时间段t1时开始教学；所述控制器用于在开始教学时会先个语音播放模块传输启动信号；所述语音播放模块在接收到控制器传输的启动信号时会自动播放启动语音，启动语音为家长控制端预先录制好的语音；所述控制器内预设有回应指令，在语音播放模块播放完启动语音后儿童说出回应指令时才会开始进行教学计划；所述语音拾取单元用于实时拾取被教学儿童的说话语音，所述语音拾取单元用于将回答语音信息传输到控制器，所述控制器接收语音拾取单元传输的回答语音信息并对其进行下述处理：

步骤一：获取到回答语音信息；

步骤三：将回答语音信息转换为回答文字信息，将回答文字信息与回应指令进行逐字对比，得到重合字数；

步骤四：获取得到重合字数占回应指令的比数，当比数超过预设值时判定回应指令生效；

所述控制器在回应指令生效时会开始进行答题步骤，答题步骤具体反应表现为：

步骤一：首先获取到数据暂存模块存储的题库，从题库内获取到教学问题组、对应答案信息组和对应知识点信息组；将教学问题组标记为wi，i＝1...n；将答案信息组标记为di，i＝1...n；将对应的知识点信息组标记为zi，i＝1...n；wi、di和zi均一一对应；

步骤二：从wi中获取w1，w1表示第一个教学问题；

步骤三：通过控制器将w1传输到语音播放模块，通过语音播放模块朗读第一个教学问题；

步骤四：通过语音拾取单元获取儿童的回答语音信息，将回答语音信息转换为文字信息并将文字信息标定为回答文字信息；

步骤五：将回答文字信息与w1对应的d1进行逐字比对，获取得到回答文字信息与d1的重叠率并将其标记为正确率q1；对正确率q1进行判定，判定过程如下：

s1：当正确率q1低于预设值q1y时会生成错误信号；

ss1：控制器在检测到生成错误信号时会自动从题库中获取到w1对应的知识点信息z1；

ss2：将知识点信息z1传输到语音播放模块，语音播放模块在接收到z1时会自动播放“本题掌握程度不够，还需加油，本题的对应知识点为”指定语音之后再播放知识点信息z1；

ss3：同时控制器在检测到错误信号时会想动作驱动模块传输鼓励指令，动作驱动模块接收到鼓励指令时会自动发出鼓励动作，鼓励动作为预设动作；

s2：当q1y≤正确率q1≤q2y时会生成加强信号；q1y和q2y均为预设值；

ss1：控制器在检测到生成加强信号时会自动从题库中获取到w1对应的知识点信息z1；

ss2：将知识点信息z1传输到语音播放模块，语音播放模块在接收到z1时会自动播放“本题掌握程度一般，要进一步加强，本题的对应知识点为”指定语音之后再播放知识点信息z1；

s3：当正确率q1>q2y时会生成奖励信号；

ss1：控制器在检测到生成奖励信号时会自动将奖励信号传输到语音播放模块和动作驱动模块；

ss2：语音播放模块在接收到奖励信号时会自动播放“本题掌握程度完美，继续加油”这一指定语音；

步骤六：从w2开始一次获取wi中的教学问题直到最后一个教学问题，将wi代入w1并重复步骤三到步骤五获取得到本套题库回答的正确率组，将正确率组标定为qi，i＝1...n；qi与wi一一对应；

所述控制器还用于实时获取时间单元的时间信息，当控制器检测到时间信息超过预设时间段t2时间时会自动终止答题步骤直到下一次开始答题时才会继续接上上一次的答题步骤；

所述控制器还用于获取qi≤q2y的qi值对应的知识点信息zi并将知识点信息标记为待加强知识点zdi，i＝1...n；所述控制器用于将待加强知识点zdi通过数据交互模块传输到辅助控制器，所述辅助控制器用于将待加强知识点zdi传输到数据搜索单元，所述数据搜索单元用于根据待加强知识点zdi从互联网获取新的题库并将其标记为替代题库，所述数据搜索单元用于将替代题库返回辅助控制器，所述辅助控制器用于将替代题库通过数据交互模块传输到控制器，所述控制器用于将替代题库代替原有题库并按照新的题库结合原有教学规则进行新的教学；

所述控制器还用于在qi均大于q2y时通过数据交互模块向辅助控制器传输增添命令和qi对应的知识点信息组zi，所述辅助控制器用于将增添命令传输到数据录入单元，所述数据录入单元在接收到增添命令时会提醒用户录入题库范围信息和题库内教学问题数量信息x1，题库范围信息为题库内教学问题组的范围，具体表现为几年级的题目；所述辅助控制器用于将zi传输到数据缓存单元并将其标记为已掌握知识点进行实时存储；

所述数据录入单元用于将题库范围信息、数量信息x1传输到辅助控制器，所述辅助控制器用于结合数据搜索单元和数据缓存单元对题库范围信息、数量信息x1和zi进行下述操作：

步骤一：获取题库范围信息和数量信息x1；

步骤二：根据题库范围信息从互联网内获取对应的大量待更新教学问题、对应待更新答案信息和对应待更新知识点信息；大量至少为500；

步骤三：获取到数据缓存单元的已掌握知识点，去除掉待更新知识点信息内和已掌握知识点一致的知识点信息形成更新知识点信息组，获取到更新知识点信息组对应的更新教学问题组和更新答案信息组；

步骤四：将更新知识点信息组、更新教学问题组和更新答案信息组融合形成更新题库；

所述辅助控制器用于将更新题库通过数据交互模块传输到控制器，所述控制器用于将更新题库传输到数据暂存模块，所述数据暂存模块将更新题库替代原有题库进行实时存储并按更新题库结合原有教学规则进行新的教学；

所述辅助控制器还用于将待加强知识点zdi传输到数据展示模块进行实时显示，所述数据展示模块可为显示器。

一种基于玩具机器人的互动式教学系统，在工作的时候，家长可以通过家长控制端的数据录入单元录入教学规则和相应的题库搜索范围，之后根据数据搜索单元按照搜索范围和题目数量自动检索对应数量的题目，之后通过辅助控制器将对应题库和教学规则传输到控制器，控制器将题库和教学规则传输到数据暂存模块进行暂时存储，之后控制器结合时间单元按照教学规则开始进行教学，之后通过语音播放模块播放教学题目并等待儿童作答后比对对应答案，当答题正确时，通过动作驱动模块给出奖励动作和对应语音信息；如果答题错误则会给出对应的鼓励动作和加油语音，并结合相关规则整理出当前尚未掌握的题目对应的知识点信息，之后将尚未掌握的知识点信息回传到家长控制端，通过数据搜索单元自动检索题目并返回到语音播放模块直到掌握对应题库范围的所有题目；当对应范围所有的题目都已掌握时则会提示家长输入新的教学范围信息，重新进行教学；

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过家长控制端的设置，能够设置一个有效的时间段，同时合理的安排休息时间，让儿童参与学习，在每次学习时间到来时，会通过启动语音和控制器内预设有回应指令，判定儿童已经准备就绪并开始进行学习，如果没有得到相应的回应指令，则不会启动教学，避免因为儿童不在场而造成系统的启动；

(2)本发明通过将对应题库和教学规则传输到控制器，控制器将题库和教学规则传输到数据暂存模块进行暂时存储，之后控制器结合时间单元按照教学规则开始进行教学，之后通过语音播放模块播放教学题目并等待儿童作答后比对对应答案，当答题正确时，通过动作驱动模块给出奖励动作和对应语音信息；如果答题错误则会给出对应的鼓励动作和加油语音；

(3)本发明通过控制器结合相关规则整理出当前尚未掌握的题目对应的知识点信息，之后将尚未掌握的知识点信息回传到家长控制端，通过数据搜索单元自动检索题目并返回到语音播放模块直到掌握对应题库范围的所有题目；当对应范围所有的题目都已掌握时则会提示家长输入新的教学范围信息，重新进行教学，使得儿童能够全面的掌握家长输入范围的知识点信息；本发明简单有效，且易于实用。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。