1 Введение 10
2 Литературный обзор 11
2.1 Социальная робототехника 11
2.2 Роботы в образовании 19
2.2.1 Роботы LEGO 252
2.2.2 Роботы Arduino 25
2.3 Автономный робот NAO 28
2.3.1 Визуальная среда программирования Choregraphe 29
2.3.2 Технические характеристики 30
2.3.3 Движения робота 32
2.3.4 Система технического зрения робота 34
2.3.5 Цветовое пространство YUV 37
3 Постановка задачи 40
4 Практическая часть 41
4.1 Электронная образовательная платформа «Фотон» 41
4.2 Создание приложений в визуальной среде программирования
Choregraphe 43
4.3 Разработанные приложения 49
4.4 Испытания 56
5 Заключение 61
Список использованных источников 63
Приложение А Скрипт приложения «Обучение знакам дорожного
движения» 68
Приложение Б Скрипт веб-приложения «Обучение знакам дорожного
движения» 77
Приложение В Скрипт приложения «Зарядка» 79
Приложение Г Социальный робот на выставке RoboCup Russia Open 2019 .. 80
Приложение Д Социальный робот-помощник на тестировании 81
Приложение Е Робот NAO на китайской промышленной ярмарке China International Industry Fair в г. Шанхай 82
Приложение Ж Испытания в Кисловской СОШ 83
Приложение З Демонстрация робота NAO на выставке «Открытые инновации 2019», г. Москва 84
Приложение И Публикации за период обучения 83
Приложение К Дипломы за период обучения 100
Социальная робототехника (Social Robotics) - это довольно новое направление в развитии науки и техники, цель которого главным образом направлена на разработку роботов, способных проявлять социальные свойства и выстраивать взаимоотношения с человеком.
Социальные роботы предназначены для взаимодействия с людьми: роботы-помощники в банках, аэропортах, гиды, аниматоры, ассистенты, учителя. Такой робот может разговаривать и понимать речь, узнавать по лицам и реагировать на прикосновения, двигаться. Данная тема подробно раскрыта в работе [1].
«На сегодняшний день одной из главных проблем в образовательном процессе является сложность развития интереса детей к изучению нового материала, в связи с прогрессом инновационных технологий и многообразием гаджетов. Именно для решения этой проблемы были разработаны обучающие приложения для робота NAO, в результате чего обучение проходит в формате мини-игр» [2].
Целью данной работы являлась разработка программного обеспечения приложений с распознаванием изображений для социального робота с последующим внедрением его в образовательные учреждения. Данное решение поспособствует развитию интереса к изучению нового материала. «При взаимодействии с социальным роботом, у ребенка возрастает мотивация к получению знаний, развивается творческое и инженерное мышление, повышается внимательность и аккуратность» [3].
С помощью приложения Choregraphe были разработаны обучающие приложения с распознаванием изображений и приложения, дополненные анимацией робота: «Обучение знакам дорожного движения», «Обучение устному счету», «Зарядка».
В ходе проделанной работы был проведён литературный обзор по теме распознавания изображений автономным роботом NAO, благодаря чему были разработаны обучающие приложения с данной функцией, а также дополненные анимацией робота.
В ходе тестирования на выездных мероприятиях обучающих приложений были выявлены некоторые недоработки, которые были устранены при дальнейшей работе и проверке в лабораторных условиях.
Так как NAO обладает мощным образовательным потенциалом, его применение в сфере образования затрагивает две важные области:
1) педагогика:
- использование робота при обучении детей;
- формат обучения: мини-игры с «живым» ассистентом;
2) электронное обучение:
- робот как интерфейс между ребенком и компьютером;
- большое число каналов взаимодействия, в том числе более «человечных»;
- расширение возможностей обучения за счет разделения робоприложения и контента (данные в облачной БД)
Преимуществом использования социального робота вместо компьютера в образовании состоит в следующем:
1) взаимодействие с ребёнком осуществляется через несколько каналов взаимодействия (голосовой интерфейс (анализ/синтез), распознавание изображений, тактильные датчики, сенсорный экран, текстовый интерфейс);
2) робот NAO привлекает внимание детей своим внешним видом (похож на ребёнка, игрушку; происходит «оживление» робота за счёт использования движений);
3) процесс обучения проходит в формате мини-игр, осуществляется общение голосом, робот «видит и узнаёт» картинки, ребёнка.
Обладая вышеупомянутыми характеристиками, разработанное ПО обучающий приложений для социального робота позволит использовать его в качестве электронно-образовательного устройства в образовательном процессе соответствующих учреждений, в результате чего обучение будет проходить в форме мини-игр.
