基于物聯(lián)網(wǎng)的教育機器人關鍵技術研究.pdf

1、早期現(xiàn)身于軍事應用和工業(yè)應用的機器人，如今已走入尋常百姓家。機器人不僅改變了人類的工作方式，必將徹底改變人類的生活方式。只有開展機器人教育，研究教育機器人，才能順應時代發(fā)展的潮流。機器人學已成為一個多學科交叉的新興學科，其核心是智能技術，外延則涵蓋了機械、電子、通訊、控制、生物等多個學科和技術領域，具有高度的滲透性、創(chuàng)新性和實踐性，蘊含著豐富的教育元素。機器人在教育領域的應用表現(xiàn)出了無可比擬的教育價值和發(fā)展前景，其多學科交叉融合的特性為

2、培養(yǎng)寬口徑、高素質、復合型的工程人才提供了一個良好的平臺。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和快速發(fā)展為機器人教育和教育機器人研究提供了強有力的技術支持和環(huán)境支持，物聯(lián)網(wǎng)教育機器人在這樣的背景下應運而生。在教育機器人中引入物聯(lián)網(wǎng)元素，不僅擴展了機器人的功能性、智能性和趣味性，更拓展了學生的創(chuàng)新思維空間，提高了創(chuàng)新積極性。這也正好吻合了高等教育學的理論要求，符合大學生的心理和智力特征。另外，基于網(wǎng)絡的現(xiàn)代遠程教育也迫切需要提升遠程實驗的可操作性以及遠程設備的共

3、享性。
　　鑒于機器人技術人才的社會需求，機器人技術平臺的教育價值，以及設備資源遠程共享的發(fā)展要求，本文開展了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的教育機器人關鍵技術研究，旨在構建一個以物聯(lián)網(wǎng)技術為依托，以機器人為對象的可遠程的實踐教學系統(tǒng)，對其中的一些關鍵問題進行了研究和討論。論文的主要內容有:
　　1.論文在分析遠程控制一般模式的基礎上，研究了教育機器人的Web服務體系結構，構建了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的教育機器人遠程控制架構，給出了服務架構和運行流程。

4、在此基礎上，對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的教育機器人遠程控制策略進行了討論和分析，確定了直接控制方式和監(jiān)督控制方式相結合的遠程控制模式。
　　2.定位與導航是移動機器人的關鍵技術之一。論文就移動教育機器人在物聯(lián)網(wǎng)智慧實驗室環(huán)境下，基于WSN的信號接收強度的定位方法進行了理論分析，給出了加權的Euclidean定位算法，通過實驗加以論證，并確定了傳感器節(jié)點在實驗室布放的合理距離。在定位的基礎上，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(WSN和RFID)的多傳感

5、器融合的機器人導航策略和實現(xiàn)方法。最后對教育機器人的“任意”路徑跟蹤展開了詳細研究，綜合采用PID控制和模糊控制相結合的控制策略，設計了相應的模糊PID控制器，進行了實驗，實現(xiàn)了機器人任意路徑的有效跟蹤。
　　3.群體機器人是機器人研究的一個重要領域。本文研究了群體機器人之間以及群體機器人與物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境之間的感知和交互，根據(jù)機器人的狀態(tài)信息和相互作用的影響程度，提出一種表征群體模型的新手段——動態(tài)賦權圖來控制無線傳感網(wǎng)絡產(chǎn)生“虛形體

6、”，誘導群體行為，使其向期望的狀態(tài)或目標演化。給出了“虛形體”產(chǎn)生的機制和誘導模型，通過典型的群機器人動態(tài)演化實例，仿真了群機器人的連通控制和合作控制。
　　4.論文基于高等教育學理論和方法，以及高校學生的心理和智力特點，開發(fā)設計了符合高校學生特點的物聯(lián)網(wǎng)教育機器人和實驗平臺。另外從物聯(lián)網(wǎng)的“感知層、傳輸層、處理層和應用層”對教育機器人實驗環(huán)境——物聯(lián)網(wǎng)智慧實驗室進行了詳細設計，實驗環(huán)境遠程可監(jiān)可控。特別在傳輸層設計中，提出了根據(jù)