基于物聯(lián)網(wǎng)的教育機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、早期現(xiàn)身于軍事應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人，如今已走入尋常百姓家。機(jī)器人不僅改變了人類的工作方式，必將徹底改變?nèi)祟惖纳罘绞?。只有開展機(jī)器人教育，研究教育機(jī)器人，才能順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流。機(jī)器人學(xué)已成為一個(gè)多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，其核心是智能技術(shù)，外延則涵蓋了機(jī)械、電子、通訊、控制、生物等多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，具有高度的滲透性、創(chuàng)新性和實(shí)踐性，蘊(yùn)含著豐富的教育元素。機(jī)器人在教育領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)出了無可比擬的教育價(jià)值和發(fā)展前景，其多學(xué)科交叉融合的特性為

2、培養(yǎng)寬口徑、高素質(zhì)、復(fù)合型的工程人才提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和快速發(fā)展為機(jī)器人教育和教育機(jī)器人研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和環(huán)境支持，物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。在教育機(jī)器人中引入物聯(lián)網(wǎng)元素，不僅擴(kuò)展了機(jī)器人的功能性、智能性和趣味性，更拓展了學(xué)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(xué)的理論要求，符合大學(xué)生的心理和智力特征。另外，基于網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育也迫切需要提升遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的可操作性以及遠(yuǎn)程設(shè)備的共

3、享性。
　　鑒于機(jī)器人技術(shù)人才的社會(huì)需求，機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)的教育價(jià)值，以及設(shè)備資源遠(yuǎn)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(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究，旨在構(gòu)建一個(gè)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，以機(jī)器人為對(duì)象的可遠(yuǎn)程的實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)，對(duì)其中的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究和討論。論文的主要內(nèi)容有:
　　1.論文在分析遠(yuǎn)程控制一般模式的基礎(chǔ)上，研究了教育機(jī)器人的Web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的教育機(jī)器人遠(yuǎn)程控制架構(gòu)，給出了服務(wù)架構(gòu)和運(yùn)行流程。

4、在此基礎(chǔ)上，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的教育機(jī)器人遠(yuǎn)程控制策略進(jìn)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(jié)合的遠(yuǎn)程控制模式。
　　2.定位與導(dǎo)航是移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。論文就移動(dòng)教育機(jī)器人在物聯(lián)網(wǎng)智慧實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，基于WSN的信號(hào)接收強(qiáng)度的定位方法進(jìn)行了理論分析，給出了加權(quán)的Euclidean定位算法，通過實(shí)驗(yàn)加以論證，并確定了傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)室布放的合理距離。在定位的基礎(chǔ)上，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)(WSN和RFID)的多傳感

5、器融合的機(jī)器人導(dǎo)航策略和實(shí)現(xiàn)方法。最后對(duì)教育機(jī)器人的“任意”路徑跟蹤展開了詳細(xì)研究，綜合采用PID控制和模糊控制相結(jié)合的控制策略，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模糊PID控制器，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人任意路徑的有效跟蹤。
　　3.群體機(jī)器人是機(jī)器人研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。本文研究了群體機(jī)器人之間以及群體機(jī)器人與物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境之間的感知和交互，根據(jù)機(jī)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——?jiǎng)討B(tài)賦權(quán)圖來控制無線傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生“虛形體

6、”，誘導(dǎo)群體行為，使其向期望的狀態(tài)或目標(biāo)演化。給出了“虛形體”產(chǎn)生的機(jī)制和誘導(dǎo)模型，通過典型的群機(jī)器人動(dòng)態(tài)演化實(shí)例，仿真了群機(jī)器人的連通控制和合作控制。
　　4.論文基于高等教育學(xué)理論和方法，以及高校學(xué)生的心理和智力特點(diǎn)，開發(fā)設(shè)計(jì)了符合高校學(xué)生特點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)教育機(jī)器人和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。另外從物聯(lián)網(wǎng)的“感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層”對(duì)教育機(jī)器人實(shí)驗(yàn)環(huán)境——物聯(lián)網(wǎng)智慧實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境遠(yuǎn)程可監(jiān)可控。特別在傳輸層設(shè)計(jì)中，提出了根據(jù)