从算法到编程，什么样的机器人更适合教育？

sgzrj · 发表于 2017-7-27 19:40:19

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在孩子们的脑海中，机器人通常都是动画片中的那种有着四肢的机器，能够走路、能够帮人类做一些事情。在学习机器人相关的知识时，孩子们拿到机器人后的第一反应大多也是“它能不能帮我拿个东西？”、“这两个机器人能不能比赛谁跑得快？”、“他们能不能打一架？”，这其中就对机器人的行走、运动能力有着很高的要求。

今年年初，在美国内达华举行的CES国际消费电子展上，一款名为“Talos”的“中国迷你版的Atlas”机器人惊艳了很多人，而除了Talos之外，这家机器人创业公司——乐聚（深圳）机器人技术有限公司还有另外一个系列的产品Aelos，主要面向于家庭娱乐、大学开发商业演出、中小学教育等等，而中小学教育是其中的一个重要分支，今年4月，乐聚推出了Aelos系列的新产品——教育版机器人，把双足机器人首次应用到了国内的中小学教育市场。

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Aelos教育版机器人
目前机器人教育市场主要载体是积木，它作为教育工具可以锻炼孩子们的动手能力，但是随着孩子们的成长，积木机器人的延展性较弱、课程时间短等问题就会慢慢暴露，同时，积木类教育是玩具融入教学，缺少专业的机器人知识，不能形成完善的机器人教育体系。这时就需要一个软硬件综合、延展性强的机器人产品来替代，而乐聚教育版机器人基于仿人型机器人和专业的硬件技术平台，提供了一个专业的教具和科学合理的教材体系，成功将一款可以研发的人形机器人平台应用到中小学教育。乐聚的教育版机器人就是瞄准了这个切入点。

高延展性的教育机器人

据了解，乐聚的教育版机器人是一款小型仿人型机器人，特点是灵活度高、可扩展性好、竞技能力强。这款机器人能够从机器人结构教学入手，层层深入学习机器人的基础编程、动作编辑等常用功能，然后深入学习机器人传感器扩展，最后再综合所学知识，自主完成所布置的项目，锻炼孩子们分析问题、解决问题能力。在此基础上，乐聚表示，人形机器人是机器人发展的终极形态，未来它将更多的应用在我们的日常生活中，所以乐聚教育机器人就是要启发孩子们将人形机器人与应用场景结合起来，最终创造性的完成人形机器人的应用场景创意，引导孩子们向人工智能应用方向努力钻研。
相对于市面上很多普通的积木教育机器人来说，乐聚教育版机器人在延展性的表现上更胜一筹。通常来说，积木机器人教学从搭建机械结构开始，最终涉及到简单的编程和控制，但是离研发平台还很远。
而从长远角度来看，孩子在中小学阶段的学习很有可能是为未来大学之后的研究打基础，由此积木机器人带来的知识面远远不足以作为支撑，而现在大学研究领域最常用的是人形机器人或者仿生机器人，也就是说，使用积木教育机器人的孩子升入大学后，对使用的研发平台需要重新学习，造成了教育的不可延续性。
乐聚的教育机器人利用了仿人型机器人的形态，针对教育方面进行了扩展性能的优化。将人形机器人与传感器结合起来应用到竞赛和教学场景中，增强人形机器人可扩展性的同时，也极大的扩展了人形机器人编程应用空间，对学生的思维能力训练以及机器人学习基础都有很大的益处。

核心的双足步态算法

对于中小学生来说，机器人的形态是引起学生学习兴趣的重要保证。
在孩子们的脑海中，机器人通常都是动画片中的那种有着四肢的机器，能够走路、能够帮人类做一些事情。在学习机器人相关的知识时，孩子们拿到机器人后的第一反应大多也是“它能不能帮我拿个东西？”、“这两个机器人能不能比赛谁跑得快？”、“他们能不能打一架？”，这其中就对机器人的行走、运动能力有着很高的要求。

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而乐聚教育机器人有一个技术核心：双足步态算法。
文章开头，我们提到了乐聚的另一款机器人“Talos“，从外表上看来，Talos 像是小型版的Atlas，在CES展会上，乐聚展示了这款机器人行走时的状态，根据在前方发回的视频可以看出，Talos行走的动作举止和人类几乎一致，无论是双脚的步伐，还是手臂的摆动，都和真人极为相似。
从技术参数上看，一般国内双足机器人行进速度是5cm/s，据乐聚给的数据显示，乐聚的双足机器人在快走模式下可以达到15cm/s，这就意味着，在教学中机器人完成课堂任务的效率是其他双足机器人的3倍。
这一优势在比赛中体现尤为明显，比如在人形机器人足球比赛中，乐聚的机器人可以在更短的时间内完成进攻和防守，从而大大增加获胜率。
此外，在很多比赛中需要使用传感器，Aelos教育版灵活的步态加上传感器的可扩展功能，可以快速有效的完成所有小型人形机器人比赛。
有了核心优势，就更能够吸引孩子们进行机器人知识的学习。

解决人形机器人教育的难点

人形机器人用在教育上也有一些难点：
一是机器人编程软件太复杂枯燥，需要专业的编程人员才能驾驭；二是人形机器人应用于中小学教育市场没有可以学习的点，不能很好的展现人形机器人的研究扩展价值。乐聚新推出的教育版机器人针对这两点都进行了特别的定制和优化。

关于编程

机器人教育一个重要的特点就是可编程性，但是「编程」这个工作对普通人来说，意味着「高学习成本」和「高难度」，很多学生看到复杂的编码心里就会打退堂鼓。
为了不让机器人的编程软件太过于复杂枯燥，乐聚的团队在经过对市场上现有的教育产品和人形机器人编程方式的调研后，决定做一款界面友好的软件，将编程与机器人教育结合起来。为此，乐聚专门开发了一款流程图控制软件，孩子们可以直观地通过对流程图的模块化操作来控制机器人，最终达到学习的目的。
这个「流程图」也是乐聚教育版机器人中比较核心的一部分，引用乐聚方面的介绍：
流程图能够让学生们在学习中“知其然，也能知其所以然”。简单来说，流程图就是编程中整理逻辑思路的常用方式，它看起来逻辑清晰明了，很容易被人接受。
乐聚教育机器人在教学中会教给孩子们流程图的逻辑框架原理，锻炼孩子们的逻辑思维能力。另外，乐聚的团队还针对一部分对编程痴迷的孩子们，在编程软件中单独建立了一个代码框，通过对流程图的操作可以直观的看到流程图模块中的源代码，为这些孩子的进一步学习机器人编程打下基础，预留出足够的培养空间。
所以这款软件是机器人编程思想的入门级使用教程，与进一步学习机器人控制和软件编程息息相关。

传感器

这个教育版的机器人，是乐聚首次将传感器应用于人形机器人教学中，增加了人形机器人的可扩展性。
乐聚方面透露，目前市面上人形机器人在教育市场的应用，大都仅仅是调试机器人动作、编辑一个舞蹈、组织一个拳击比赛等等，而根据目前的潮流来看，未来机器人的发展方向一定是智能的，除了编辑简单的动作之外，机器人还需要一些智能的判断和执行任务能力，所以乐聚在对机器人开发中常用的传感器进行筛选之后，最终为教育版机器人搭载了11个传感器模块。
跟我们日常概念中的“为机器人装传感器”不同的是，这11个传感器模块并不需要复杂的操作（拧螺丝、焊接、打孔等），而是采用了磁吸的方式让用户对传感器随意搭配使用。
搭配相应的传感器之后，这些教育版人形机器人进行教学任务时，就能够发挥他们的相应作用了。
举个例子：
在机器人灭火任务中，用户只需要选用火焰传感器和风扇搭载到机器人上，然后在电脑端编程，让机器人检测到火焰后启动风扇将火吹灭；在避障任务中选用红外距离传感器完成避障任务等等。这样灵活的扩展应用增加了人形机器人的应用场景，也将机器人的软件编程和应用开发纳入到教学中。

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乐聚教育机器人传感器

更适合教育的人形机器人

除了机器人本身的优化外，乐聚还为机器人适配了一整套教材，通过任务驱动式教育理念，构成一个完善的人形机器人教育体系。
教材分为三篇六册，分阶段全方位的锻炼孩子们的动手能力、协同合作能力、逻辑思维能力、分析解决问题能力和语言表达能力等。
而对于孩子来说，仿人型的教育机器人除了能够给他们带来更好的教育效果之外，也更有吸引力，毕竟有胳膊有腿才是人们想象中一个「机器人」该有的样子。