机器人儿童教育的设计与研究

1、摘要对待子女下一代人的教育，从古至今，都是人们最注重的。而且儿童的德智体美的全面发展，少不了家长对他们的培养。就当前目前环境来看机器人儿童教育是一门新兴的学科，它的发展非常的迅速，他对培养儿童的创新能力，自主学习能力，动手能力，编程能力，都具有极为重要的作用。从本质上来说，机器人教育是一门实践性学科。教学机器人是一种辅助性教育工具。而近几十年来，机器人一次和世界上第1台机器人工业问世都是近期发生的。要在3000年前，人们就对机器人的创作和制作进行幻想与追求，人们希望制造一种像人一样的机器，代替人类完成更多的劳累工作。比如说在西周时期，中国的能工巧匠就可以用动物皮木头制作出能歌善舞的机器人，这就

2、是中国最早记载木头机器人的雏形发展。在公元20级以前，亚历山大时期的古希腊人发明了最原始的机器人自动机，他可以以水空气和蒸汽压力为动力，制作会动的雕像，他可以自己开门，可以借助蒸汽唱歌，在中国汉代时期大科学家张衡发明的地动仪并发明了记里鼓车。这种机器人，每行驶一公里，车上的木头变会击打木马车鼓一下，每行驶10公里便会敲打车上的大钟一下。在后三国时期，蜀国丞相诸葛亮，成功的创造出木牛马车并运用在战争领域可以运用这个机器人运送军粮，支援前方的战争。机器人创作在近现代史上的三部曲。在1920年捷克斯洛伐克作家卡里奥，恰佩克在他创作的科幻小说罗萨姆的万能机器人中创作出机器人这个词，从此机器人在历史的舞

3、台上拉出了序幕。在1939年，美国西屋电气公司制作出家用机器人，它由电脑控制，可以自由行走会说话，甚至可以抽烟，让人们对家用机器人更加向往，家用机器人也可以为人们解决生活中的繁琐的家务事。在1942年美国科学巨匠阿西莫夫在科幻小说中提出机器人三大定律。这三大定律是给机器人赋予伦理性的高领，是机器人学术界开发研制机器人的准则。第1条定律就是机器人不应该伤害人类。第2条定律是，机器人应遵守人类的命令与第1条违背的命令除外。第3条定律是，机器人应能保护自己与前两条相抵触者除外。由于机器人是人类的人工智能操作，所以机器人的评价标准包括智能，机能，物理能，活动范围。机器人就是具有生物功能的实际空间运行工

4、具可以代替人类完成一些危险的，操作劳动和任务。 第1章 绪论1.1对此次论文研究的意义在目前我国的机器人儿童制作领域的发展，是以机器人制作技术的高科技产业文化作为支撑。在目前的国家智能机器人儿童教育产业技术发展的大背景下，我国机器人制造领域拥有高学历的创新型人才变成了制约我国机器人儿童教育领域发展的一大因素，所以如果想要发展我国的机器人儿童制作教育领域的高端领域，那么对我国的机器人制作人才培养便是必不可少的。就目前的机器人教育，与市场上来看，国际上知名的机器人制作公司全部都集中在美国，所以我国机器人制造领域的人才培养便可以从美国的机器人教育儿童的结构和发展模式中得到经验。在机器人儿童教育制造领

5、域的人才培养，还需要从中国前些年，机器人制作不景气的年代中吸取经验和教训，在属于我自己的机器人儿童教育高端领域的人才培养中，我们需要走出一条具有中国文化特色应用中国，机器人儿童教育内涵的高端机器人领域人才培养之路，就目前，我国的机器人儿童教育制作市场来看，截止到2018年9月份左右，我国的机器人，儿童教育园已经发展到60多个，而且分布在我国南方和北方各地的多家机器人儿童教育制作机构，已经达到了3400家左右，目前我国培养机器人儿童教育制作的专业高校已经达到了将近500左右，在17年我国就拥有40多万名从事机器人儿童教育专业的在校学生，在近20年的发展来，我国机器人儿童教育制作市场如火如荼，各地

6、的机器人制造产业也如春笋般发展起来许多的新兴城市，打造属于自己的教育儿童机器人之路。在一些沿海发达城市，比如说上海，广州，福州，北京，重庆等一线城市，以及在机器劳动教育，产业中努力朝国际一流水平发起挑战，就过合肥来呀，中国科学技术大学的机器人儿童教育产业，已经和动漫和网络游戏相结合，向儿童教育市场，和补习班之类的产业链相结合，初步形成类似于教育制作文化类的儿童机器人教育市场，现如今国内的儿童教育区市场如火如荼的发展，直接导致了国内儿童教育机器人市场的需求量增加，如今我国的儿童教育行业市场和前几年的国内，机器人市场相比，已经有了十分鲜明的对比，在20年前，我国的国内儿童机器人教育市场几乎是空白的

7、。到如今，我国的儿童教育机器人市场已经发展到，各个阶层，许多大中小型城市已经有了，相应的补习教育机构，培养儿童对机器人制作的兴趣。但是我国，在儿童教育市场的制造业的高端领域还是有很大的发展前景，目前我国儿童教育机器人这个市场的无序，竞争存在着很大的技术隐患和安全隐患，由于各类儿童教育市场的价格问题，会发起价格战，打个比方来说由于机器人制作的高成本，存在的技术含量过大，所以导致了，适应儿童教育机器人制造公司的技术越来越少，但是由于中间的利润很大，所以一些不符合的儿童教育机器人制作公司越来越多，导致了儿童机器人教育市场上乱报价，技术含量低的低端行业内部竞争，恶劣导致整个儿童教育机器人的制作的市场利

8、润收入减少。而且由于我国一些儿童教育机器人制作公司，由于加工成本过高，机器人技术含量过高，使员工在总体收入水平提高时并没有相应的增长幅度，所以将很多的儿童教育机器人制作从业人员，逐渐失去了对机器人制造领域的向往。1.2对机器人儿童教育的研究思路及研究内容 在我国对儿童机器人教育作为教学内容，进入中小学属于教育部于2003年4月份正式发布的，普通高中技术课程实验，首次在信息技术科目中适应了人工智能突破选修模块，新增的增加通用技术课程中涉及的简易机器人制作的选修模块，我国在高中以下阶段展开人工智能教育的第1步，也意味着我国的人工智能教育的大众化普及化成绩上跃上一个新的台阶。早期就开始在欧美国家流行

9、于创客运动，但随着近些年的发展，也在我国的商业类全面普及信息我前提下，一些知名大学，比如说中国科学技术大学，同济大学，清华大学，等高校和一些中小学，或者是其他的补习机构，开创了创客空间，同时也开创了开创和内容，客户，小学生的创新热情为学生提供想象力落地的平台，让学生在这个平台里可以研制机器人。通常来说，机器人儿童教育的研究内容是，机器人儿童教育课堂模式的研究机器人，儿童教育课外教学活动的研究，机器人儿童教育，教学活动模块的研究，还有在课堂内，智能机器人教材软件网络课程建设的研究，以及课堂外教学机器人与效率科技创新活动的研究。在一些高端领域机器人制作，与中小学辅导机构相结合的情况下，开创了创新教

10、育试验下为中小学生提供研究机器人教育的平台。在这个平台里特别强调要为学生们创设丰富多彩的学习活动，让学生们在实践活动中自主构建属于自己的机器人，希望通过课外的实践活动开拓学生们对机器人研究的视野，陶冶学生的情操，培养学生们的动手能力，激发学生的创新能力，提升学生的机器人编程能力。由于儿童机器人教育领域的扩展面很大，所以就涉及到课程，教师，学生教材设备，机器人制作等各个教学方面的问题，研究工程量很大。其主要机器人教育活动内容就是，让学生们接触到最前沿的技术，并通过自我的想法动手实现，制作属于自己的机器人，在思想碰撞和分享你的自主开放的氛围中，学生们的想象力被激发，创新能力在机器人制作中被培养。将

11、中国教育最薄弱的环节创新力的不足加以培养和完善。 第2章 机器人儿童教育的行业概况2.1机器人制作技术的基本理论 在机器人儿童教育中机器人的制作是这个领域的关键所在。通常来说，结构的设计是其任制作过程中最基本，也是最重要的一个环节，对于新手儿童来说，机器人的结构设计也是，儿童教育机器人设计过程中最难的一部分，对儿童说往往会不知所措，不知道怎么去设计机器人的结构，但是机器人的结构设计是机器人制作是否成功的关键所在。由于儿童在对机器人所需的动作不了解情况下，可能是一出比较好的结构，结构的创新固然是最好的，但是，往往一些制作过程中不合理的操作导致了机器人的动作无法完成。在机器人的结构设计中设计过程是

12、最困难的一部分，但是如果那你的解决这一部分，接下来就是面临着机器人的调试部分，调试部分相对于，设计部分较为简单，但是调试部分也比较的困难，对于儿童来说做机器人并不需要自己编写代码，可以有相应的软件在我们调试完成过后自动生成单机片所需要的代码，然后直接下载单机片就可以了。所以，在机器人儿童教育领域，对于儿童学，制作机器人，可以说就是怎么样使用这个软件软件的每个小格子代替一个控制枢纽，可以通过上面滑动的条来调节度摆动的角度来完成机器人所需要的相应的动作。一般而言，机器人的调试过程分为三个阶段，第1个阶段是保证儿童制作的机器人能够顺利完成动作，在动作的时候不会发生倾倒或者无法站起来的情况，第2个阶段

13、就是，在机器人完成第1个不完成的情况下，保证机器人做动作的过程中不能出现，因为儿童机器人制作领域，所需的比赛场地是一个一元的半圈，中间是一个小圆比赛，开始时需要将机器人放在小园里面。这些步骤对于儿童来说都是比较难的。所以在机器人儿童教学领域，第3个步骤，是最关键的也是保证前两个动作让机器人动作流畅优美，不要有任何的拓展一套动作下来，给人们一种视觉上的享受。对于儿童制作机器人的能力的评价标准包括智能，智能也是只感觉和感知，包括记忆运算，比较鉴别判断决策学习和逻辑推理等等，第2个便是技能指变通性，通用性或时间空间占有性，第3个月是雾里那只机器人的力量速度和可靠性牢固性和寿命，因此所以说机器人是具有

14、生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或者是难以进行的劳作和任务。对于机器人的主人，一般是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织。一般来说机器人的控制系统有两种，一种是集中式控制，第2个是分散机是控制。第1种的集中式控制是需要机器人的，全部控制由一台微型计算机完成。这种分散性控制，是由多台微型计算机来分担机器人的控制。通常来说，主机常用于负责系统的管理通讯运动学和动力学的计算，并且向下级微机发送指令，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，实现机器人的给力运动并向机器人的主机反馈信息。而且根据机器人的作业任务不同，机型的控制方法也可以分为

15、点，动控制和连续轨迹控制和力学控制。在机器人的结构设计和调试完成过后，最主要的过程便是机器人的软件编写过程。只有运用了合理的软件编写才能使机器人的动作流畅完美。2.2机器人儿童教育行业的目前状况就目前市场来看，机器人儿童教育行业，已呈井喷式爆发。作为消费者来看，我们看到的现象是有关儿童教育智能机器人的产品和品牌逐渐增多，儿童教育机器人更多走入人们的家庭，这也标志人工智能技术又一次进步上的提升。对于上世纪中旬，由于日本劳动力的不足，一直研发人形机器人，最初日本的机器人行业以工业机器人为主，后来由于人口老龄化的问题也都直接向服务性和娱乐性拓展。所以日本机器人儿童教育行业的发展状况是十分完美的。当然

16、日本的市场远远没有中国的市场庞大。所以在中国目前这么一个庞大的，机器劳动教育市场中从硅谷到北京，人工智能，悄然兴起从工业机器人到服务机器人中，当工人到多功能，从工业领域到多领域，人工智能机器人儿童教育领域的发展不断的提升和完善，在如今大数据下的人工智能一定会席卷而来，智能机器人经过短暂的23年的发展，已经逐渐被各个家庭阶段，其中，人工智能机器人儿童教育行业也是我国目前接触到最多的机器人。根据cdc互联网调研中心截止到2017年9月的数据显示，在机器人儿童教育产品用户关注度分布占比中，儿童教育类机器人用户关注度高达47.2%，工业机器人占比率在16%，其余都是服务类机器人的占比。从数据中显而易见

17、，儿童教育机器的关注度已居首位。由此可见在我国儿童教育类机器人的的发展和潜力是巨大的。通过儿童教育机器人的发展和推广，我们可以借助网络打破空间的界限，营造一种更具有科技感的教育体验。我们知道儿童的成长中，最大的不足就是创新力的培养，但是通过儿童机器人制作可以弥补孩子在生活中的创新力培养，用动手能力代替教育作用，从此可以解决了父母对孩子的操心，也可以补足学校中教育上的不全面之术，这也是儿童教育类机器人市场近些年逐渐兴旺的重要原因之一。2.3对机器人儿童教育的技术分析和前景探讨 就目前中国的环境来看，中国的机器人，高端领域的专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。对于机器

18、人儿童教育等领域来看，工业机器人就是面向工业领域的多关节机器人或者自动自由度机器人组成。对于特种机器人来看，则是除工业机器人之外，用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括服务机器人，娱乐机器人，军用机器人，农业机器人，机器人化机器。相对于儿童领域的机器人，结构设计较为简单。儿童领域设计的机器人，属于简易机器人结构，结构相对简单，价格便宜，一般分为控制和机械两大部分，包括机体结构，动力装置，传动装置以及执行机构等等，控制线包括单机片系统及软件传感器及其电路控制驱动电路等等。对于机器人儿童教育领域的简易机器人具体组成部分可以划分为两种。第1部分便是控制系统，对于控制系统可以划分为三大部分，单

19、机片传感器和外围控制电路。第二部分便是机械部分，机械部分可以划分为三大类，电动机传动和执行。虽然儿童领域教育机器人结构简单，但是麻雀虽小，五脏俱全，简易机器人可以满足机器人的几大特征，是专门为机器人儿童教学领域制作量身定制的。对于机器人儿童教育领域的机器人制作控制核心便是单机片。当单机片合理运用在简易机器人中，简易机器人的控制电路和机械传动臂可以完美的运作。而简易机器人的制作完全可以满足当今对机器人儿童教育领域的知识补充和普及。我来中国人的儿童教育机器人市场是一片光明。就目前来看，随着人工机器人的不断头，少儿教育机器人受到家长们的青睐，甚至在一些一线城市的中高等家庭里，机器人教育已经成了孩子必

20、不可少的学习科目之一。孩子们通过学习人工机器人的制作，可以对孩子们的创新能力得到全面的发展。而且根据国家有关数据表明，618岁年龄段的青少年在中国拥有2亿人，而按照目前中国的机器人教育渗透率仅为1%，所以现在，机器人教育行业开办机器人教育培训学校的前景是一片利好。而且随着20世纪以来伴随人工智能的大潮，和国家的全面推广和普及以及机器人教育受到了，学校家庭和青少年的重视。对于机器人儿童教育的培养，可以培养出理科和文科相互交融的创新型人才。随着国家出行的政策，推动机器人教育发展和普及已经是不可避免的。2.4儿童机器人制作领域的优秀公司代表分析现如今我国机器人儿童教育领域的代表有乐高系列，韩国系列和

21、国产系列。乐高系列，儿童机器人教育主要是在运用机器人的机构能培养孩子们的动手能力。由于乐高系列在中国发展了很多年了，所以在世界机器人领域也有很高的知名度，乐高系列相关的机器人比赛也有很多，比如一年一度的WRO世界机器人奥林匹克竞赛也是由乐高系列发起。价格韩国系列，由于韩国是机器人教育比较发达的国家，现在韩国已经有5，6个机器人教育品牌已经有自己独立的办公大厦。对于渺小的韩国的市场，都可以养活这么庞大的教育机器人机构。对于中国市场来说，中国市场可以比韩国做得更大更强，所以中国市场的潜力也是巨大的。在国产品牌内衣好群，老机器人教育品牌，在中国有很高的知名度，这些公司在自己设计平台的机器人零件，自己

22、开模自己做的产品和研发机器人教育课程体系，由于我国的机器人教育均处于萌芽期，但是国家政策非常重视自己的品牌，中国的教育机器人领域的品牌通过不断的发展创新，已经有了一些成就。国产品牌的教育机器人可以在机器人教育中弥补学校教育中缺乏对孩子动手能力的训练，也是跨多学科知识的综合教育平台。中国国产教育机器人领域中，少儿科创s tem教学在清华附中人大附中，上海中学，上海外语大学附中等660所知名的中学都加入了s tem教育相关的课程。在另一个教育平台少儿科创教育，华工启明星，致力于培养具有创新系，素养的人工智能时代掌舵者，形成s tem教育理念，开发了一套属于自主知识产权的机器人编程和创客课程体系，海

23、外博士主导的核心团队研发，在教育研发和课程开发，线下课程更新不断开扩的领导下，可以对孩子们的动手能力，以创新思维培养，有很大的促进提升作用。 第3章 在机器人儿童教育公司的实习概况3.1在机器人儿童教育公司实习队伍的基本简介 在，我刚刚来到儿童教育机器人实习公司时，和我一起来的有我在校的学生，还有相应的培训老师，还有机器人教育公司的机器人制作人员，以及机器人教育公司的管理层人员一起组成了我在机器人教育公司实习的队伍。刚刚到机器人教育公司实习时，就是每天上班，在机器人制作过程中，我总是不知道自己该干什么，因为机器人制作过程中涉及的知识面很广，而我在大学里学的只是机器教育动漫制作的三脚猫功夫，而且

24、在机器人教育公司中生产的产品需要在社会市场中推广，那么就涉及到商业领域，但是我在商业领域没有一点点的知识，所以在学校辅导老师，和机器人教育制作公司的老员工的帮助下，使我对这个行业才有所了解，接下来的日子里，我在辅导老师的帮助下，练习机器人程序的编写，还有，对传统机器人程序，并且的分析，在动手练习，对机器人程序编写的过程中对机器人，动作连贯性的训练是必不可少的，所以经常要对机器人的编写程序进行不停的修改在老员工的带领下，我也跟着他们一起编写程序，但是刚开始我一天的编写代码很少。你在学校里，我并不是经常训练，但是在实际过程中我才发现机器人的程序编写是很困难的。然后在教育类机器人的制作和设计过程中。

25、我也由刚开始的懵懂无知到逐渐熟悉这个行业机器人制作设计的具体流程和过程，而且在公司领导层的指导下，我也对机器人教育公司的大体状况有所了解，公司的营销售后和业务范围有了一定的理解。3.2机器人儿童教育公司实习过程中存在的问题分析在此次的机器人教育儿童公司中实习过程里我遇到了很多问题。比如说在这住着了，机器人儿童教育设置的结构设计过程中，刚开始我对机器人的结构设计总是出错，导致机器人的动作运行不流畅，甚至有些动作完全不能运行出来。但是在老员工的帮助下，我对机器人的结构设计也进行改进和完善，逐渐的是机器人的动作运行，变得流畅。还有对机器人的动作程序设定过程里，我对程序编写代码的掌握程度并不是很熟练，

26、所以导致往往在编写过程中就卡在那里。但是也是熟能生巧的作用，随着我在机器人程序编码中不断的训练和练习，逐渐的在机器人程序编写的过程中，我也得到了一定的进步。在机器人拼装的过程中，由于我对机器的结构并不是很熟悉，所以导致了拼装过程出错。在辅导老师的指导下，他告诉我，对于机器人的拼装要不停的进行训练，所以我叫机器人，经常拆了装装了拆，逐渐的我对新的结构也有所了解，在机器人拼装环节中我也可以跟老员工有的一比。3.3大学生在机器人儿童教育公司实习过程对机器人教学的学习 通过此次在机器人儿童教育公司中实习，我对机器人的制作教学有了一定的了解。目前，机器人进入教学，教育的方式总共有5种，第1种是机器人学科

27、的教学机器人学科教学是把机器人开过一本学科，在各级各类的教育中，以专门的课程方式是学生普遍掌握关于机器人的基本知识和技能。第2种是机器人的辅助教学，一切服务教学是指师生以机器人为主要媒体工具所进行的教学活动，以机器人辅助教学概念相似，还有机器人的教育。第3种就是机器人的管理教学方式，机器人管理教学方式是指机器人在课堂教学财务教学，人事教学设备教学等管理活动中所发挥的计划，组织协调，指挥与控制作用，是机器人城市管理，以组织形式和组织效率，进行发挥其自动化和智能化的特点。第4种便是机器人代理师生事务，机器人具有人的智慧和人的部分功能，完全可以代理时处理一些课堂教学之外的事情，比如说，机器人代理记笔

28、记或代为订餐，利用机器人代理看书读书的，目的是提高与学习相关，可以促进学生们对学习效率和质量的提高。第5种便是机器人主持教学工作，简称BL，机器人主持教学工作是机器人教育中应用层次最高的一方面，这一层次中机器人在许多方面不再是配角，而是成为教学组织实施和管理的主人，机器人成为我们学习的对象，这好像是遥不可及的事情，但是随着人工智能结合虚拟现实技术，多媒体技术使它成为现实并非贪婪，只要越来越符合教育的发展才是最重要的。 第4章 国内机器人儿童制作的市场行情分析4.1国内外目前机器人儿童教育市场行情的发展现状 目前国内外儿童机器人教育市场的前景是良好的。根据国际机器人联合会在统计在过去时间内，教育

29、机器人领域人气较高，2015年全球智能教育机器人总销量也达到了2480万台，同比增长15.2%二年到2008年全球智能教育机器人的人工复合增长率达到了6.0%，2009年到2015年全球智能教育机器人人工复合率增长为23.5%，是过去6年的2.7倍，近些年全球智能教育机器人的最明确，真快，中国韩国，日本，美国，德国等销量占全球销量的4/3%，中国，美国，韩国，日本，德国，以色列等国是近年智能教育机器人，技术标准及市场活跃较为活跃的地区。对于我国来说，伴随着新战略机器人产业研究所最新公布的机器人企业数据来看，这期人工智能教育机器人数据截止2016年6月，在企业总量上，你4月份保单中3400家企业相比6月份，3800多家，增长幅度为12.68%，两个月有如此迅猛增长。可以说智能教育机器人行业目前处于高速发展阶段十分迅猛，综合盘面来看，在市场上的智能教育机器人的占有比例变化上也基本不变，但这次有所不同，地区上打开我国机器人产业园井喷式发展，呈现在长三角雄霸天下珠，朱三角和渤海五五开。由于目前的机器人领域教育开拓市场并没有完全开发出来，所以我国的机器人教育行业市场是前景一片光明。总结我国的机器人儿童教育在教学过程中，企业机器人技术融合了机械原理电子传感器，计算机软