随着机器人技术的不断发展和机器人教育的不断推进,加强培养掌握机器人技术、熟悉机器人应用的创新性人才变得日益重要。教育机器人作为机器人教育的主要教学载体,完善其教育功能,改进其教学体系,对机器人教育的推广具有重大意义,也对青少年创新型人才的培养具有重大意义。目前,经过国内外众多机器人研发单位的共同努力,教育机器人的品种日趋纷繁,但总体来看,其硬件系统相对完善,软件系统相对薄弱,突出表现是通用性差、体验性弱、开放性低,尤其是适合中小学生使用的图形化编程系统交互性不好,极不利于中小学生逻辑思维、创新思维的培养,同时教育机器人软件系统还存在一大不足,就是与教育系统的结合性不强,导致教育功能差强人意。为改变教育机器人软件系统上述普遍性问题,本文拟研发一款适用于机器人教育教学的多功能、多用途、普适性软件,力求在解决上述问题上取得突破。考虑到本文所拟开发的教育系统的各个功能模块都需要较强的图像渲染功能,借以增强三维可视化效果,因而将采用Unity3D引擎进行系统开发。本文从作为机器人教育专用教具的机器人本体出发,将机器人教育中的知识板块分为四大部分,即:机器人的机械结构系统、控制硬件系统、控制软件系统以及实际应用,重点从机器人机械结构系统、控制软件系统以及实际应用这三个知识板块进行教学软件的设计与开发。针对机器人机械结构系统知识板块,在教育系统中开发了三维模型虚拟组装模块,学习者通过点击界面中对应的零件模型图标,即可在场景中加载相应零件的三维模型,然后通过鼠标拖拽方式即可完成机器人三维实体模型的虚拟组装,同时,学习者还可随时对该机器人三维实体模型进行全方位预览和缩放,可强化学习者在空间思维和想象能力方面的素养;针对编程控制机器人相关动作知识板块,特别在教育系统中开发了三维可视化编程模块,学习者可通过改变机器人三维虚拟关节模型的关节角度来控制实体机器人的相应运动,使没有经过编程专业训练的中小学生也可准确、灵活、可靠地控制机器人的动作,扩展了机器人教育的覆盖面;针对机器人实际应用知识板块,本文在教育系统中开发了智能家居模块,学习者可通过控制虚拟现实场景中的机器人来控制现实生活中的机器人执行相应动作,并且虚拟机器人能与虚拟室内场景进行交互,实现了对现实室内家居的精准控制。本文开发的机器人教育系统采用三维可视化技术开发机器人组装、控制和应用功能模块,有利于帮助中小学生对机器人知识点的理解和掌握,激发他们对机器人研究的兴趣。经过系统测试和用户体验调查表明:本文设计的教育机器人软件界面友好、功能完善、操作简便,十分适合我国的青少年机器人教育,对提升我国机器人教育教学的水平具有促进作用。