辛碧扬，杨森淳，杨一帆
华北水利水电大学 电力学院
摘要： 二十一世纪以来，智能化技术正以前所未有的速度融合进人们的日常生活和工作中，人工智能与行业结合的趋势越来越显著。然而，中国的中小学人工智能教育市场仍是一片蓝海。??
论文根据现今中小学生的实际需求和国家要求，提出一种使用图形化编程软件Scratch3.0编程的可拼装编程智能玩具机器人设计。通过Raspberry Pi和各类传感器的应用，使机器人在简单编程后即可完成各类动作行为。
该玩具机器人成本较低，性能优良，相较于枯燥的填鸭教育，寓教于乐，通过玩游戏的方式从小培养中小学生的编程兴趣，帮助孩子们初步了解编程，掌握一定的编程思维。
关键词：Scratch；少儿编程；智能机器人
一、少儿编程教育背景
当前，人工智能是社会关注的焦点，且逐渐普及到我们生活中，成为我们生活不可或缺的一部分。现在正是人工智能发展的黄金期，各行各业都在积极寻求将人工智能与行业结合使行业快速发展，走上智能化道路的方法。国务院在2017年7月8日发布了《新一代人工智能发展规划》。《规划》中提到，实施全民智能教育项目，中小学应设置人工智能课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广。人工智能与编程知识相结合的趋势不可阻挡。
二、可拼装智能玩具机器人设计特色
1、编程实体化的实现
这款可拼装编程智能玩具机器人，将看不见摸不着的编程程序实体化，使青少年能通过简单编程控制机器人的动作，增强编程教育的娱乐性和可见性，让中小学生在为玩具机器人编程的过程中切实地接触到编程、体会到编程的魅力。
2、机器人硬件特色
硬件我们选用了3B树莓派、超声波传感器、电机、橡胶轮胎、铝形车架、巡线传感器等来组合我们的可拼装编程智能玩具机器人。
（1）3B树莓派
树莓派是基于ARM的微型电脑主板，它可连接键盘、鼠标等，功能十分强大。我们所使用的3B树莓派的CPU为64-位 1.4GHz核，蓝牙为蓝牙4.1，wifi天线使用了陶瓷天线，有线网络为10/100Mb/s以太网，功能齐全且强大。树莓派作为一款功能强大的微型电脑，可以很好地适应我们的要求，在我们所制作的智能玩具机器人中发挥最为关键的作用。
（2）超声波传感器
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超声波传感器将超声波信号转换成其他能量信号。我们使用的超声波传感器为HC-SR04。这款超声波传感器具有安装方便、不易老化、耐腐蚀、使用寿命长等优点，且精度较高，适合智能玩具机器人进行精准的行动。
（3）巡线传感器
巡线传感器我们使用的是四路巡线传感器模块。在内线识别方面，该巡线传感器模块可识别宽度16mm以上的黑线，灵敏度较高，满足大多地图类赛道的黑线宽度；在外线预警方面，外侧的两个探头可以在智能玩具机器人黑线弯道循迹的时候提前探测到大角度拐弯的黑线，从而让我们的智能玩具机器人实现高难度的大角度转弯循迹。
不仅如此，该编程智能玩具机器人设计为可拼装的模式，中小学生在拿到手的第一时间即可进行拼装，锻炼了其动手能力。同时，我们为机器人设计了有趣夺目的外观，让中小学生在玩具刚入手之时就能迅速产生兴趣，开始拼装。
3、机器人软件特色
软件我们选用了scratch3.0，这是麻省理工学院的一个团队设计开发的一款面向青少年的编程工具，是一种可视化编程语言。使用者不需要懂得英文和程序代码，通过一些可视化元素的结合，就能代替文本输入轻松构建程序。该软件摒弃前几代使用的Flash,选用HTML5，能够无障碍的跨平台进行使用。
使用scratch3.0的好处在于，scratch提供一个全新的思路——用更加通俗易懂的图形编程来代替传统的英语编程。减少了学生学习的厌烦心理，增强了娱乐性和趣味性，并且能让他们快速上手和理解，初步了解编程，培养编程思维。
四、可拼装智能机器人的功能和优点
（1）机器人上安装了炫目多彩的LED灯和拉风的铝形车架，造型独特，吸引眼球；结实的橡胶轮胎和小电机帮助机器人能够进行较长时间的运行和使用。
（2）机器人可通过手机APP或红外遥控直接控制，使用者通过远程操作让机器人走出想要的路线。同时，该机器人也支持使用者自主设计游戏项目，例如机器人足球赛等，让中小学生在游戏实践中学习更多的编程知识。
（3）巡线传感器和超声波传感器的存在，使得中小学生可以设计迷宫等游戏，让机器人进行沿线行走、避障等趣味活动，在对游戏的探索中获得知识与乐趣，了解基础的电子技术知识。
五、结束语
当今的社会是人工智能的社会，少儿编程教育不可缺失。在规范化，统一化的教育一时难以达成的情况下，可应用Scratch3.0的智能编程机器人无疑是一个帮助中小学生培养编程思维的“神器”。今后需要不断研究改善机器人，做出性能更加优越，功能更加丰富，外型更加美观的产品，帮助更多孩子接触，学习编程。
项目支持：华北水利水电大学大学生创新创业训练计划 可拼装智能玩具机器人