輪式可移動講臺機器人的研究與實踐

摘 要：此種輪式可移動講臺機器人集筆記本電腦、投影儀音響設備、攝像頭、指紋簽到、語音識別、可升降機構、可伸縮驅動輪機構等多種模塊于一身。它不僅擁有普通講臺搭載電腦和多媒體設備的基本功能，更集成了指紋簽到、語音交互、視頻監控、升降伸縮和智能可記憶行走，授課信息顯示等功能，全方位的解決日常教學中遇見的各種問題。

關鍵詞：可移動輪式機器人；指紋簽到；語音交互；視頻監控；升降伸縮；智能可記憶行走；授課信息顯示

中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

隨著科技發展和社會進步，智能化的設備已經慢慢滲透在人們生活的方方面面。特別是機器人技術和嵌入式技術正在以超常的速度普及和推廣。然而，給學生普及科學知識的教學設備反而越來越顯得跟不上時代。目前已經公布的技術中，涉及到升降講臺的也有幾種，不過大多創新重點在于機械結構，并未涉及多功能的電子嵌入式系統。即便是有可移動裝置，也只是簡單的輪式驅動。我們本次的設計就是針對上述問題，提出了一種輪式可移動講臺機器人。

一、輪式可移動講臺機器人及其指導思想

本實用新型為一種多功能的輪式可移動講臺機器人。筆記本電腦運行上位機程序，單片機（意法半導體公司的STM32）中運行嵌入式程序。單片機和筆記本電腦通過RS232串口通訊。輪式可移動講臺機器人的功能模塊主要概括為語音識別、指紋簽到、音響功放、投影儀、攝像頭監控、主講臺面板升降、可伸縮雙輪機構、慣性導航、指紋簽到模塊和微型投影儀伸縮機構。

此種輪式機器人克服傳統講臺功能單一，體積龐大的缺點，將指紋簽到、語音對話、云臺攝像頭監控、可升降支架、可伸縮驅動輪等技術與傳統講臺有機結合，組成了多功能帶有智能控制功能的講臺機器人。真正的實現了科技服務于教育，教育產生科技。對比于已經公布的技術，該輪式機器人并不局限于講臺的結構創新，而是著重將創新點定位在機器人和嵌入式技術與傳統講臺的融合，將機器人機電控制技術、導航技術、指紋簽到技術、非特定語音識別技術有機結合。

二、輪式可移動講臺機器人功能設計及實現

本實用新型為一種多功能的輪式可移動講臺機器人。筆記本電腦端運行上位機程序，單片機中運行嵌入式程序。其中單片機為意法半導體公司的STM32單片機。單片機和筆記本電腦通過RS232串口通訊。輪式可移動講臺機器人的功能模塊主要概括為語音識別、指紋簽到、音響功放、投影儀、攝像頭監控、主講臺面板升降、可伸縮雙輪機構、慣性導航、指紋簽到模塊和微型投影儀伸縮機構。

（一）基本功能

講臺搭載電腦和多媒體設備，普通多媒體講臺能夠實現的投影，擴音等功能均可實現，該輪式機器人的體積與市面上的其他多媒體講臺相比小很多，基本實現了“小體積，大功能”，在節省占地面積的同時，完成多媒體講臺的基本功能和輪式可移動講臺機器人的其他附加功能。

（二）語音交互

麥克風位于主講臺面板上。麥克風采集聲音信息，并傳送到語音識別模塊，進行非特定語音識別，語音識別模塊通過音響設備發出聲音，從而進行語音交互，滿足課堂教學的語音交互需求。

（三）指紋簽到

所述指紋簽到模塊與筆記本電腦相連。所述筆記本電腦運行上位機程序，并可以聯網到教務處服務端。所述上位機程序能夠獲取課堂應到學生的指紋模板數據，從而進行本地指紋簽到。從而精確的掌握學生的到課率，提高課堂教學的質量。

（四）視頻監控

監控攝像頭自帶雙自由度云臺。監控攝像頭安裝于主講臺面板之上，能夠進行無死角監控。視頻數據通過筆記本電腦傳輸到網絡遠程端。課堂測驗，考試監考均可以使用此功能，另外此功能還可保障學生與教師的財產與生命安全，隨時隨地的監控教室里發生的一切。

（五）升降收縮

輪式可移動講臺機器人可以通過可升降推桿機構實現上升和下降。輪式可移動講臺機器人處于下降狀態時，左剪叉列升降架和右剪叉列升降架隱藏于機器人的殼體內部，同時，主講臺面板和輪式底盤相連接。可升降推桿機構由左剪叉列升降架、右剪叉列升降架和升降推桿電機組成。升降推桿電機和左剪叉列升降架、右剪叉列升降架通過桿相連。從而升降推桿電機上升下降時能夠帶動左剪叉列升降架、右剪叉列升降架上升下降。

（六）智能可記憶行走

本輪式可移動講臺機器人擁有按鍵控制、電腦鼠標滑動、人工無動力推動三種行走方式。

實現行走功能的部分是可伸縮雙輪行走機構，該機構通過伸縮推桿電機的直線伸縮運動使得可伸縮驅動輪能夠處于收縮和伸張狀態。可伸縮驅動輪處于收縮狀態時，可伸縮驅動輪脫離地面，輪式可移動講臺機器人采用人工無動力推動方式。可伸縮驅動輪處于伸張狀態時，輪式可移動講臺機器人采用雙驅動輪差速行走方式。

實現智能可記憶功能的部分是慣性導航系統，該系統包括慣性傳感器和編碼器。所述慣性傳感器為陀螺儀，位于單片機控制主板上。所述編碼器位于驅動電機內部。所述輪式可移動講臺機器人能夠記憶路徑。通過示教的方式，借助慣性傳感器和編碼器導航模塊，輪式可移動講臺機器人能夠采集增量式路徑信息，并在示教結束后可根據命令還原路徑信息。

三、結束語

“教育”永遠是高精尖技術的搖籃，但是如何真正的讓智能技術服務于目前的課堂教學呢？因為現有的技術仍然存在一些不足，所以我們設計了此種輪式可移動講臺機器人，通過設計可伸縮推桿機構達到升降收縮講臺的目的；通過搭載指紋簽到儀、視頻監控設備、語音設備集成指紋簽到、語音交互、視頻監控功能；通過慣性傳感器（陀螺儀）和編碼器達到智能可記憶行走的目的。希望能為教育事業做出一部分貢獻！

參考文獻：

[1]馬光.仿生機器人的研究進展[J].機器人，2005.

[2]劉成軍.仿人機器人動態步行控制綜述[J].計算機工程與應用，2009.

[作者簡介]王暢（1992.08-），女，滿族，吉林公主嶺人，本科，研究方向：通信工程。