教育机器人是一种融合了机械、自动化、电气、电子和计算机等多学科的教学工具,可以实现复杂多样的教学任务,其主要目的是培养青少年的科技兴趣和创新能力。随着国家在中小学生课堂中对教育机器人技术的不断普及,研制出一种成本较低、扩展性和开放性较好的面向青少年科技教育的机器人就显得尤为重要。因此,本文结合人工智能的相关技术,研制出了一种多功能的面向青少年的教育机器人及其控制系统。首先,详细分析了国内外面向教育的机器人研究现状、功能特点和存在的不足,确定了教育机器人的模块化构成方案,完成了教育机器人控制系统的软、硬件方案设计。并根据教学需求确定了教育机器人要实现的具体功能,主要包括避障功能、循迹功能、语音控制功能以及表情识别功能。其次,对教育机器人关键技术进行了研究,分析比较确定了最佳的控制方案。完成了超声波避障模块、循迹运行模块、语音控制模块和表情识别模块等的设计,并完成了核心控制器Raspberry Pi扩展版的设计与制作。设计了教学实验模块接口和功能扩展接口。该模块化教育机器人具有功能多、适合学生编程实践和扩展功能强的优点,适用于青少年的机器人科技教育。第三,构建了教育机器人的车型基本结构,在此基础上设计了教育机器人控制平台,该平台是一种由上位机层、下位机层和扩展层相结合的三层控制平台。完成了教育机器人的软件系统设计,包括超声波避障、循迹控制、语音控制、表情识别以及人机交互等软件。基于TCP通信技术设计了良好的人机交互界面,实现了教育机器人的各项控制功能和表情识别功能,提高了教育机器人的交互性和可操作性。最后,演示了教学实验功能和扩展功能示例。对教育机器人的各项功能进行了实验和分析,其中超声波避障实验中要注意探测距离不能小于5cm,否则会达到超声波传感器的探测盲区;循迹控制实验中机器人的完成率可达到80%;语音控制中语音识别的正确率可达到88%以上;表情识别实验中正确率可达到68%以上,发现各项功能的实验结果均可以达到预期的效果,验证了模块化教育机器人设计的合理性和可行性。