口腔医学是临床医学领域中一门操作性极强的学科,集理论与实践为一体,临床操作技术需要通过大量的实操训练才能熟练掌握,为达到口腔实训和临床操作的教学质量要求,众多高校在教育模式改革上做出了探索,将智能机器人应用到教学实践中已被证明可以显著提高临床教学质量。本文设计了一款面向口腔医师临床技能培训的教学服务机器人系统,对机器人的功能需求、总体设计方案、机械结构、核心功能控制系统、机器视觉任务处理系统以及PC端管理平台等方面进行深入分析。首先,通过调研国内外医疗服务机器人、医疗服务机器人关键技术及其在教育教学及科研领域的应用研究现状;针对口腔医学临床教学特点及相关从业人员要求,总结开发经验并确定机器人实际功能需求;依据仿生学原理模仿生物结构和人体面部器官运动特性结合确定的驱动方式构建机器人三维模型,完成机器人本体机械结构和面部相关运动组件设计与布置。其次,基于STM32自动化控制原理,运用嵌入式控制系统设计思想,搭建模拟培训综合控制系统,选择STM32F103C8T6型号芯片作为系统主控MCU,围绕主控制器最小系统根据功能需求搭建电-气复合控制系统,完成机器人面部器官组件的运动控制;设计语音交互系统,实现语音识别、语音合成等人机交互功能,提高机器人系统智能化程度;通过布置压力、红外等传感器系统,实现机器人痛觉感知、咽反射模拟等操作不当反馈功能,提高教学质量;此外设计电源管理系统、通信系统和其他辅助功能电路等为模拟培训综合控制系统提供支持。再次,引入基于Haar特征的Adaboost人脸识别算法和基于LBP特征的人脸比对算法,选择Open MV计算机视觉处理单元设计独立的基于机器视觉技术的学生端实时考勤系统,以实现功能需求中提出的学生面部识别、身份判断以及面部位置实时追踪三类机器视觉相关技术功能,并对图像处理相关理论以及两类算法原理进行详细分析与推导;对于教师端教学管理平台的开发,选择Lab VIEW程序开发环境,在程序设计过程中采用功能需求导向型的开发思路,注重实际需求的落地,依据系统设计需求逐条实现相关功能。最后,为验证培训机器人主要功能的可行性,构建培训机器人实物样机确保其机械结构尺寸大小、各功能组件运动符合设计要求,并在临床教学实验室环境下对培训机器人进行实验研究,包括对机器人语音交互系统进行测试,具体内容包括非特定人语音识别成功率、语料库语音合成随机性以及语音指令动作响应的实时性;以及对机器人实时考勤系统主要功能进行测试,确保学生面部识别、学生身份实时判断以及学生面部位置实时追踪功能符合标准满足用户需求。