本發(fā)明涉及幼兒教育，特別涉及一種教育機器人及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各種電子類產(chǎn)品已經(jīng)越來越普及地出現(xiàn)在平常老百姓家，同時互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)及寬帶的越來越廉價，人們的生活習慣已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。為了能夠促進少兒學習，市面出現(xiàn)了不同具有娛樂性的機器人。在國外許多著名大學都將機器人作為一個綜合實驗平臺供學生做實驗和學習等。但是許多現(xiàn)有商業(yè)化的教育機器人都存在硬件結(jié)構(gòu)封閉且功能單一等缺點。國外有些產(chǎn)品雖然功能較豐富，但是價格極其昂貴，且無法滿足中國特色的自動化相關(guān)學科教育需求。同時，目前大部分自動化專業(yè)教學產(chǎn)品的功能都比較單一。

此外對于pad教育類應用，pad的背光與pad的屏幕尺寸較小對于孩子的視力有較大傷害。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，從而提供一種教育機器人，功能性強、而且能夠有效保護兒童視力。

發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這樣的：教育機器人，包括底座、支撐箱體、投影區(qū)域、設置于所述支撐箱體內(nèi)的MCU控制器、投影儀、深度圖形圖像攝像頭、音箱、麥克風、WIFI傳輸模塊、路由器、智能終端以及用于整個系統(tǒng)供電的電源，所述支撐箱體的頂部設置有安裝架，所述安裝架上設置有能夠在所述投影區(qū)域上反射成像的反光板，所述投影儀以及所述深度圖形圖像攝像頭對著所述反光板；

所述MCU控制器的指令接收端口與所述WIFI傳輸模塊相連接，所述WIFI傳輸模塊與所述路由器之間通過無線信號相連接，所述智能終端與所述路由器之間通過互聯(lián)網(wǎng)相連接；

所述MCU控制器的信息采集接口與所述麥克風以及所述深度圖形圖案攝像頭相連接；

所述MCU控制器的輸出接口與所述音箱以及所述投影儀相連接；

所述MCU控制器內(nèi)具有功能模塊，所述功能模塊包括卡牌識別模塊、畫圖日記模塊、故事光機模塊、臨摹模塊以及人機對弈模塊；

所述支撐箱體一側(cè)設置有實物辨認裝置，所述實物辨認裝置包括橫向設置的傳動絲杠、與所述傳動絲杠相配合的螺紋滑套、沿著垂直方向滑動設置于所述螺紋滑套上的升降架、設置于所述升降架底部的抓物負壓吸盤、設置于所述傳動絲杠下方的儲物箱、正確辨別箱以及錯誤辨別箱，所述升降架上設置有采集實物信息的采集攝像頭，所述傳動絲杠由第三電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，所述升降架由第一氣缸驅(qū)動，所述采集攝像頭、所述第三電機以及所述第一氣缸的控制器均與所述MCU控制器相連接；

所述儲物箱的底部設置有混物機構(gòu)，所述混物機構(gòu)包括轉(zhuǎn)動設置于所述儲物箱內(nèi)的攪拌軸、設置于所述攪拌軸上的攪拌葉片，所述攪拌軸由第四電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，所述錯誤辨別箱與所述儲物箱以及所述正確辨別箱均相分離，所述正確辨別箱與所述儲物箱通過翻料裝置相連通，所述翻料裝置包括呈L型的翻料架，所述翻料架的拐角處與所述儲物箱相轉(zhuǎn)動連接，所述翻料架由第二氣缸驅(qū)動翻轉(zhuǎn)；

抓物負壓吸盤將物體從儲物箱中吸起，采集攝像頭采集的物體信息，深度圖形圖像攝像頭或者麥克風采集兒童辨別信息，MCU控制器將物體信息與兒童辨別信息進行比對，音箱將比對信息通過音頻的方式發(fā)出，同時MCU控制器將比對信息發(fā)送給第三電機，第三電機驅(qū)動傳送絲杠轉(zhuǎn)動根據(jù)比對信息將辨別過的物體放入相應的正確辨別箱或者錯誤辨別箱，儲物箱內(nèi)的物體全部被辨別完成后，抓物負壓吸盤吸起錯誤辨別箱內(nèi)的物體進行再次辨認，辨認成功后的物體被放入正確辨別箱內(nèi)，直至錯誤辨別箱內(nèi)物體被清空，翻料架將正確辨別箱內(nèi)的物體翻轉(zhuǎn)入儲物箱內(nèi)，混物機構(gòu)對物體進行攪拌打亂順序。

進一步改進的是：所述臨摹模塊包括書法臨摹模塊以及繪畫臨摹模塊。

進一步改進的是：所述人機對弈模塊包括棋局對弈模塊以及紙牌桌游模塊。

進一步改進的是：所述支撐箱體與所述底座通過第一轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動連接，所述第一轉(zhuǎn)軸的軸心線沿著鉛垂方向延伸，所述第一轉(zhuǎn)軸由第一變頻電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，所述投影區(qū)域上設置有捕捉紅外傳感器，所述支撐箱體上設置有與所述捕捉紅外傳感器相配合的第一紅外接收器，所述第一紅外接收器與所述第一變頻電機的控制器相連接；

所述安裝架與所述支撐箱體之間通過第二轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動連接，所述第二轉(zhuǎn)軸的軸心線與水平面相平行，所述支撐箱體上設置有驅(qū)動所述第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的第二變頻電機，所述投影區(qū)域上至少設置有三個定位紅外傳感器，所述反光板上設置有與所述定位紅外傳感器相配合的第二紅外接收器，所述第二紅外接收器與所述第二變頻電機的控制器相連接；

捕捉紅外傳感器發(fā)射捕捉紅外線，第一變頻電機驅(qū)動支撐箱體轉(zhuǎn)動，第一紅外接收器接收到捕捉紅外線，第一紅外接收器向第一變頻電機發(fā)送停止信號，至少三個定位紅外傳感器發(fā)送定位紅外線，第二變頻電機驅(qū)動安裝架轉(zhuǎn)動，相對應的三個第二紅外接收器同時接收到相應的定位紅外傳感器發(fā)送的定位紅外線，第二紅外接收器向第二變頻電機發(fā)送停止信號。

進一步改進的是：所述支撐箱體上設置有用于所述投影儀聚焦的調(diào)焦旋鈕。

進一步改進的是：所述支撐箱體上設置有與所述MCU控制器相連接的USB接口、與所述電源相連接的電源接口。

進一步改進的是：所述支撐箱體上設有散熱側(cè)板。

進一步改進的是：所述投影儀與所述支撐箱體相拆卸設置。

進一步改進的是：所述智能終端為智能手機或平板電腦。

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，從而提供一種教育機器人的控制方法。

發(fā)明所采用的技術(shù)方案是這樣的：教育機器人的控制方法，包括以下步驟：

智能終端接將用戶的功能模塊選擇信號發(fā)送給路由器，路由器將信號傳輸給WIFI傳輸模塊，WIFI傳輸模塊將信號傳輸給MCU控制器進行功能模塊選擇；

故事光機模塊，投影儀將圖像通過反射板在投影區(qū)域或平面上成像，音箱將音頻信號輸出講解童話故事，麥克風采集人物對話用于人機交互；

卡牌識別模塊，深度圖形圖像攝像頭捕捉卡牌的標識符或者顏色，投影儀投射出來與卡牌有關(guān)的物品事件，深度圖形圖像攝像頭采集兒童對卡牌的抓取與擺放動作引導兒童對一些益智游戲的闖關(guān)工作進行挑戰(zhàn)與當中知識進行學習；

畫圖日記模塊，音箱發(fā)出引導語音，麥克風采集人物對話信息，MUC控制器根據(jù)麥克風采集的人物對話信息通過投影儀以圖形形式表達引導兒童通過繪圖的方式將陳述轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形表達；

人機對弈模塊，投影儀在投影區(qū)域上投影虛擬棋盤，自然人對弈者將真實棋子置于虛擬棋盤上；深度圖形圖像攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)分析出真實數(shù)據(jù)至內(nèi)置MUC控制器中，電腦方投影出虛擬棋子至虛擬棋盤上，人機對弈時，真實棋子可以與虛擬棋子交互；投影儀在投影區(qū)域上投影虛擬棋盤；通過引導兒童或者桌游參與者出牌，深度圖形圖像攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)分析出真實數(shù)據(jù)至內(nèi)置MUC控制器中，系統(tǒng)識別出已出牌后反饋出牌正確與否或者給予出牌策略進行評分從而引導對于兒童邏輯分析能力的判斷；

臨摹模塊，通過在投影儀將臨摹作品投影至臨摹紙上，通過投影儀發(fā)出的光色就可以指導兒童臨摹紙繪畫或練字；通過深度圖形識別算法，可以輔助生成圖片中人與物的輪廓與關(guān)鍵特征，引導用戶美術(shù)學習時的特征抓取能力培養(yǎng)。

通過采用前述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

對于識字練字與書法人員的鍛煉，保留了傳統(tǒng)教育中對傳統(tǒng)筆與紙的教育方式，同時增強了書畫教育應用的機器智能自動化引導，提高教學效率。

對于pad教育類應用，pad的背光與pad的屏幕尺寸較小對于孩子的視力有較大傷害，而當前設備通過投影儀以及反光板在投影區(qū)域成像，可以較好的規(guī)避此類傷害。

由于各家庭無線信號普及，通過WIFI無線信號進行遠程控制，實行方便。

通過增加人機對弈模塊、卡牌識別模塊增加兒童興趣的同時培養(yǎng)兒童的邏輯分析能力。

通過增加畫圖日記模塊，豐富兒童的文字與圖像表達能力。

能夠自動捕捉定位投影區(qū)域，即開機后能夠根據(jù)投影區(qū)域的位置，將支撐箱體旋轉(zhuǎn)捕捉，而后轉(zhuǎn)動反光板進行定位投影。

附圖說明

圖1是本發(fā)明立體圖；

圖2是本發(fā)明的原理框圖；

圖3是本發(fā)明側(cè)視圖。

其中：1、支撐箱體；2、投影儀；3、深度圖形圖像攝像頭；4、音箱；5、麥克風；6、安裝架；7、反光板；8、調(diào)焦旋鈕；9、USB接口；10、散熱側(cè)板；11、底座；12、投影區(qū)域；13、捕捉紅外傳感器；14、定位紅外傳感器；15、傳送絲杠；16、螺紋滑套；17、升降架；18、抓物負壓吸盤；19、儲物箱；20、正確辨別箱；21、錯誤辨別箱；22、采集攝像頭；23、混物機構(gòu)；24、翻料架。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式來進一步說明本發(fā)明。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明公開一種教育機器人，包括底座11、支撐箱體1、投影區(qū)域12、設置于所述支撐箱體1內(nèi)的MCU控制器、投影儀2、深度圖形圖像攝像頭3、音箱4、麥克風5、WIFI傳輸模塊、路由器、智能終端以及用于整個系統(tǒng)供電的電源，所述支撐箱體1的頂部設置有安裝架6，所述安裝架6上設置有能夠在平面或者投影區(qū)域上反射成像的反光板7，所述投影儀2以及所述深度圖形圖像攝像頭3對著所述反光板7；

所述MCU控制器的指令接收端口與所述WIFI傳輸模塊相連接，所述WIFI傳輸模塊與所述路由器之間通過無線信號相連接，所述智能終端與所述路由器之間通過互聯(lián)網(wǎng)相連接；

所述MCU控制器的信息采集接口與所述麥克風5以及所述深度圖形圖案攝像頭相連接；

所述MCU控制器的輸出接口與所述音箱4以及所述投影儀2相連接；

所述MCU控制器內(nèi)具有功能模塊，所述功能模塊包括卡牌識別模塊、畫圖日記模塊、故事光機模塊、臨摹模塊以及人機對弈模塊。

為了增加童趣，所述臨摹模塊包括書法臨摹模塊以及繪畫臨摹模塊。

為了增加童趣，所述人機對弈模塊包括棋局對弈模塊以及紙牌桌游模塊。

故事光機模塊，即為普通的故事光機，可以進行人機交互；

卡牌識別模塊，通過攝像頭，捕捉卡牌的標識符或者顏色，引導孩子的識別出卡牌并做出正確抓取與擺放，在這個過程中穿插由投影儀2投射出來與卡牌有關(guān)的物品事件，引導孩子對一些益智游戲的闖關(guān)工作進行挑戰(zhàn)與當中知識進行學習；

畫圖日記模塊，兒童用戶通過自然語言的方式與系統(tǒng)交互，引導孩子首先使用語言表述當天發(fā)生的事情，智能系統(tǒng)根據(jù)日記的多要素引導孩子通過繪圖的方式將陳述轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形表達，孩子通過在選擇圖形與臨摹圖形的過程中豐富自己的文字與圖像表達能力；

臨摹模塊，通過在投影儀2安裝一個零熵畫圖臨摹或者零熵練字臨摹的App，選擇好用戶喜歡要去臨摹作品，然后點擊開始臨摹按鈕后，將臨摹紙(普通A4白色打印紙即可)置入投影區(qū)域下，通過投影儀2發(fā)出的光色就可以指導臨摹紙繪畫或練字；通過深度圖形識別算法，可以輔助生成圖片中人與物的輪廓與關(guān)鍵特征，引導用戶美術(shù)學習時的特征抓取能力培養(yǎng)；

人機對弈模塊，投影儀2投影出虛擬棋盤在桌臺上，自然人對弈者將真實棋子置于虛擬棋盤上；攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)分析出真實數(shù)據(jù)至內(nèi)置APP中，電腦方投影出虛擬棋子至虛擬棋盤上，人機對弈時，真實棋子可以與虛擬棋子交互(互吃，真實棋子的挪開要依賴于自然人協(xié)助)；使用投影儀2投影出桌游的虛擬“底板”(通常為棋盤或者棋圖)；通過App引導的方式引導兒童或者桌游參與者出牌，系統(tǒng)識別出已出牌后反饋出牌正確與否或者給予出牌策略進行評分從而引導對于兒童邏輯分析能力的判斷。

所述支撐箱體1與所述底座11通過第一轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動連接，所述第一轉(zhuǎn)軸的軸心線沿著鉛垂方向延伸，所述第一轉(zhuǎn)軸由第一變頻電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，所述投影區(qū)域12上設置有捕捉紅外傳感器13，所述支撐箱體1上設置有與所述捕捉紅外傳感器13相配合的第一紅外接收器，所述第一紅外接收器與所述第一變頻電機的控制器相連接；

所述安裝架6與所述支撐箱體1之間通過第二轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動連接，所述第二轉(zhuǎn)軸的軸心線與水平面相平行，所述支撐箱體1上設置有驅(qū)動所述第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的第二變頻電機，所述投影區(qū)域12上至少設置有三個定位紅外傳感器14，所述反光板7上設置有與所述定位紅外傳感器14相配合的第二紅外接收器，所述第二紅外接收器與所述第二變頻電機的控制器相連接。

捕捉紅外傳感器13發(fā)射捕捉紅外線，第一變頻電機驅(qū)動支撐箱體1轉(zhuǎn)動，第一紅外接收器接收到捕捉紅外線，第一紅外接收器向第一變頻電機發(fā)送停止信號，至少三個定位紅外傳感器14發(fā)送定位紅外線，第二變頻電機驅(qū)動安裝架6轉(zhuǎn)動，相對應的三個第二紅外接收器同時接收到相應的定位紅外傳感器14發(fā)送的定位紅外線，第二紅外接收器向第二變頻電機發(fā)送停止信號。

所述支撐箱體1一側(cè)設置有實物辨認裝置，所述實物辨認裝置包括橫向設置的傳動絲杠15、與所述傳動絲杠15相配合的螺紋滑套16、沿著垂直方向滑動設置于所述螺紋滑套16上的升降架17、設置于所述升降架17底部的抓物負壓吸盤18、設置于所述傳動絲杠15下方的儲物箱19、正確辨別箱20以及錯誤辨別箱21，所述升降架17上設置有采集實物信息的采集攝像頭22，所述傳動絲杠15由第三電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，所述升降架17由第一氣缸驅(qū)動，所述采集攝像頭22、所述第三電機以及所述第一氣缸的控制器均與所述MCU控制器相連接；

所述儲物箱19的底部設置有混物機構(gòu)23，所述混物機構(gòu)23包括轉(zhuǎn)動設置于所述儲物箱19內(nèi)的攪拌軸、設置于所述攪拌軸上的攪拌葉片，所述攪拌軸由第四電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，所述錯誤辨別箱21與所述儲物箱19以及所述正確辨別箱20均相分離，所述正確辨別箱20與所述儲物箱19通過翻料裝置相連通，所述翻料裝置包括呈L型的翻料架24，所述翻料架24的拐角處與所述儲物箱19相轉(zhuǎn)動連接，所述翻料架24由第二氣缸驅(qū)動翻轉(zhuǎn)。

實物辨認原理：首先通過抓物負壓吸盤18將物體從儲物箱19中吸起，兒童進行辨認采取以下兩種方式：其中一種在投影區(qū)域6寫出物體名稱，通過深度圖形圖像攝像頭3將兒童寫出的信息采集，與采集攝像頭22采集的物體信息通過MCU控制器進行比對，另外一種兒童通過麥克風5講出實物的名稱，麥克風5將采集的信息與采集攝像頭22采集的物體信息通過MCU控制器進行對比，而后由音箱4發(fā)出結(jié)果音頻，同時通過傳動絲杠15移動，根據(jù)判斷信號將辨別過的物體放入相應的正確辨別箱20或者錯誤辨別箱21，當儲物箱19內(nèi)的物體全部被辨別完成后，抓物負壓吸盤18繼續(xù)對錯誤辨別箱21內(nèi)的物體進行再次辨別，辨別成功后的物體被放入正確辨別箱20內(nèi)，直至錯誤辨別箱21內(nèi)物體被清空，最后通過翻料架24將正確辨別箱20內(nèi)的物體翻轉(zhuǎn)入儲物箱19內(nèi)，通過混物機構(gòu)23進行攪拌打亂順序，等待下一次游戲。

本實施例中優(yōu)選的實施方式為，所述反光板7為反光鏡。

為了方便調(diào)焦對準，所述支撐箱體1上設置有用于所述投影儀2聚焦的調(diào)焦旋鈕8。

為了方便更新教育機器人內(nèi)的教育資源，所述支撐箱體1上設置有與所述MCU控制器相連接的USB接口9、與所述電源相連接的電源接口，如需要增加新的故事即可通過USB接口9在MCU控制器的故事光機模塊內(nèi)增加新的故事內(nèi)容。

為了提高散熱效果，延長使用壽命以及工作時間，所述支撐箱體1上設有散熱側(cè)板10。

所述投影儀2與所述支撐箱體1相拆卸設置，投影儀2可拆卸替換,只要符合一定尺寸大小與硬件設備匹配。

為了方便控制，所述智能終端為智能手機或平板電腦，由于智能手機以及平板電腦在尋常百姓家已經(jīng)普及，因此操控較方便。

一種教育機器人的控制方法，包括以下步驟：

智能終端接將用戶的功能模塊選擇信號發(fā)送給路由器，路由器將信號傳輸給WIFI傳輸模塊，WIFI傳輸模塊將信號傳輸給MCU控制器進行功能模塊選擇；

故事光機模塊，投影儀2將圖像通過反射板在投影區(qū)域或平面上成像，音箱4將音頻信號輸出講解童話故事，麥克風5采集人物對話用于人機交互；

卡牌識別模塊，深度圖形圖像攝像頭3捕捉卡牌的標識符或者顏色，投影儀2投射出來與卡牌有關(guān)的物品事件，深度圖形圖像攝像頭3采集兒童對卡牌的抓取與擺放動作引導兒童對一些益智游戲的闖關(guān)工作進行挑戰(zhàn)與當中知識進行學習；

畫圖日記模塊，音箱4發(fā)出引導語音，麥克風5采集人物對話信息，MUC控制器根據(jù)麥克風5采集的人物對話信息通過投影儀2以圖形形式表達引導兒童通過繪圖的方式將陳述轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形表達；

人機對弈模塊，投影儀2在投影區(qū)域上投影虛擬棋盤，自然人對弈者將真實棋子置于虛擬棋盤上；深度圖形圖像攝像頭3采集圖像數(shù)據(jù)分析出真實數(shù)據(jù)至內(nèi)置MUC控制器中，電腦方投影出虛擬棋子至虛擬棋盤上，人機對弈時，真實棋子可以與虛擬棋子交互；投影儀2在投影區(qū)域上投影虛擬棋盤；通過引導兒童或者桌游參與者出牌，深度圖形圖像攝像頭3采集圖像數(shù)據(jù)分析出真實數(shù)據(jù)至內(nèi)置MUC控制器中，系統(tǒng)識別出已出牌后反饋出牌正確與否或者給予出牌策略進行評分從而引導對于兒童邏輯分析能力的判斷；

臨摹模塊，通過在投影儀2將臨摹作品投影至臨摹紙上，通過投影儀2發(fā)出的光色就可以指導兒童臨摹紙繪畫或練字；通過深度圖形識別算法，可以輔助生成圖片中人與物的輪廓與關(guān)鍵特征，引導用戶美術(shù)學習時的特征抓取能力培養(yǎng)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及其優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。