NAO機(jī)器人

目 錄

一、國內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展情況

二、NAO 機(jī)器人介紹

三、NAO 機(jī)器人特殊領(lǐng)域應(yīng)用案例：

1、導(dǎo)盲機(jī)器人

2、導(dǎo)聾機(jī)器人

3、自閉癥*器人

4、其他應(yīng)用領(lǐng)域

四、NAO 機(jī)器人在大賽中的應(yīng)用：

五、NAO 機(jī)器人在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用：

六、NAO 主要客戶應(yīng)用

七、公司介紹

八、附表

一、國內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展情況

機(jī)器人在受到了高度的重視，應(yīng)用較為廣泛，人們稱贊它為電子助手。在過去十年里，

對機(jī)器人的需求增加了２０倍。早在１９８３年，法國就制訂了一項(xiàng)“*機(jī)器人計(jì)劃”，

該計(jì)劃是１９８２年６月在法國凡爾賽舉行的歐洲七國首腦會議及１９８３年６月在美威廉

斯堡會議確定的１８個(gè)合作項(xiàng)目中的一項(xiàng)，這是一項(xiàng)多功能獨(dú)立機(jī)器人計(jì)劃，準(zhǔn)備十年完成，

它主要研制第三代能行走、能代替人從事繁重的體力勞動或在危險(xiǎn)及有害環(huán)境下工作的機(jī)器

人。１９８６年，法國又根據(jù)本國情況獨(dú)立地制定了一項(xiàng)今后十年機(jī)器人的發(fā)展計(jì)劃，分三個(gè)

階段進(jìn)行，即１~２年的近期任務(wù)；２~５年的中期任務(wù)；５~１０年的長期任務(wù)。為落實(shí)這一

計(jì)劃，法國政府制定了八條措施，進(jìn)行了五個(gè)方面的研究，并建立了機(jī)器人部際委員會。１９

９０年初，法國機(jī)器人工業(yè)界在“我不想等到１９９２年，我要自動化”的口號下，舉行了廣

泛的宣傳活動，目的是鼓勵(lì)制造廠商們對采用機(jī)器人的可行性進(jìn)行調(diào)研。由于措施得力，十幾

年來，法國機(jī)器人有了長足的進(jìn)步。

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是目前上增長迅速的產(chǎn)業(yè)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012 年機(jī)器人市場銷售量

達(dá)16.6 萬臺，比前一年銷量提高38%，銷售額達(dá)85 億美金，加上系統(tǒng)集成和周邊設(shè)備市場達(dá)

255 億美金，中國機(jī)器人市場2011 年比2010 年增長了50%。預(yù)計(jì)，到2015 年，中國機(jī)器人的

需求量將達(dá)到3.5 萬臺，占總量的17.5%。2012 年4 月，科技部發(fā)布了《智能制造科技發(fā)

展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，同時(shí)，針對機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)布了《服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)

劃》。“十二五”期間，我國將攻克一批智能化裝備，發(fā)展和培育一批高技術(shù)產(chǎn)值超過100

億元的核心企業(yè)。

而NAO 機(jī)器人至今已經(jīng)在上百個(gè)科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)應(yīng)用，涉及創(chuàng)新教育、機(jī)器人大賽、醫(yī)療

康復(fù)、檢測領(lǐng)域、智能控制領(lǐng)域、圖像處理領(lǐng)域等多個(gè)領(lǐng)域。有很多案例已經(jīng)成功的應(yīng)用于實(shí)

際工業(yè)生產(chǎn)和家庭領(lǐng)域等專業(yè)領(lǐng)域。正是這個(gè)理想的教學(xué)、科研平臺的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了高校與實(shí)

際工作的銜接。

二、機(jī)器人介紹：

A、智能機(jī)器人

構(gòu)造

尺寸(高H * 深O * 寬W) 573x275x311 mm

重量5.2 kg / 11.4 lb

制作材料ABS-PC / PA-66 / XCF-30

電源

輸入100 至240Vac - 50/60Hz 大1.2A；輸出25.2 Vdc - 2A

電池類型 鋰離子

額定電壓/容量21.6V/2.15Ah

大充電電壓24.9V

大充電/放電電流3.0A/2.0A

能量27.6Wh

充電用時(shí)2 小時(shí)；自主動力60 分鐘(活躍使用)；90 分鐘(正常使用)

2、主處理器介紹（頭部）

*1、主板：

CPU：ATOM Z530，

高速緩沖存儲器512KB；

時(shí)鐘速度1.6GHz；

FSB 速度533MHz；

RAM1GB；

閃存2GB；

Micro SDHC 卡8GB；

*2、視覺傳感器：

攝像頭前額2 個(gè)

傳感器型號MT9Ml14

傳感器類型SoC 圖像傳感器

成像陣列：

分辨率1.22MP

光學(xué)格式1/6 inch

有效像素( HxV) 1288x968

靈敏度：

像素大小1.9um

動態(tài)范圍70dB

信號/1 噪聲比(大) 37dB

響應(yīng)度2.24 V/lux-sec(960p)

8.96V/lux-sec (VGA)

攝像頭輸出960p030fps

數(shù)據(jù)格式Y(jié)UV422

視圖視野72.6° DFOV (60.9°HFOV, 47.6VFOV)

對焦范圍30cm -無限大

對焦類型：固定對焦

*3、網(wǎng)絡(luò)連接：

以太網(wǎng) 1×RJ45 - 10/100/1000 BASE T；

WIFI 無線連接 IEEE 802.11b/g

3、身體結(jié)構(gòu)介紹

*1、自由度：25 個(gè)

*2、電機(jī)：

1 型電機(jī)型號22NT82213P

空載轉(zhuǎn)速8300rpm ±10%

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩68mNm ±8%

連續(xù)轉(zhuǎn)矩大16.1mNm

2 型電機(jī)型號17N88208E

空載轉(zhuǎn)速400rpm ±12%

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩9.4mNm ±8%

連續(xù)轉(zhuǎn)矩大4.9mNm

3 型電機(jī)型號16GT83210E

空載轉(zhuǎn)速10700rpm ±10%

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩14.3mNm ±8%

連續(xù)轉(zhuǎn)矩大6.2mNm

機(jī)器人電子架構(gòu)圖

4、傳感器介紹

包括紅外測距、超聲波探測、碰撞傳感器、壓力感測傳感器、陀螺儀、重力加速度等100

多個(gè)傳感器。

*1、慣性傳感器：

陀螺儀2 個(gè)，精度5% 角速度-500°/s

三軸加速計(jì)1 個(gè)，精度1%，；加速-2g

*2、壓力傳感器

每只腳上4 個(gè) 范圍 0 至110N

*3、其他傳感器：

近紅外 前額2 個(gè)

接觸傳感器

聲納4 個(gè)

*4、位置傳感器：36 個(gè)

5、圖像處理系統(tǒng)介紹兩個(gè)高清CMOS 攝像頭，快速可上下切換的攝像頭使NAO 能夠看到自己的腳

有效像素：1288x968

像素大小1.9um

攝像頭輸出960p / 30fps(每秒30 幀)

6、語音處理系統(tǒng)介紹

機(jī)器人有四個(gè)麥克風(fēng)，分布在前后左右，可以完成聲音定位。同時(shí)可以完成9 個(gè)國家的語

言的對話交流。

7、機(jī)器人編程軟件介紹

NAO 機(jī)器人支持C++、JAVA、Matlab 等10 多種編程語言，基本涵蓋了所有學(xué)科的編程語

言。同時(shí)，NAO 自身攜帶四套開發(fā)軟件，使機(jī)器人開放性更好，更加強(qiáng)大。

8、NAO 機(jī)器人在機(jī)電一體化領(lǐng)域的應(yīng)用

NAO 機(jī)器人腳踝關(guān)節(jié)，即有兩個(gè)瑞士Maxon 空心杯電機(jī)組成的機(jī)器人的一只腳，采用可拆

卸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于學(xué)生進(jìn)行拆裝訓(xùn)練。腳踝關(guān)節(jié)的 Solidworks 三維文件*開放，便于學(xué)生

進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；腳踝關(guān)節(jié)的電路部分*開放，便于學(xué)生進(jìn)行電機(jī)控制及算法研發(fā)。

配套教學(xué)大綱

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的主要教學(xué)方式是實(shí)驗(yàn)課。因此實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書處在重要的位置。按一門課程

32 學(xué)時(shí)計(jì)算，設(shè)計(jì)3-4 個(gè)分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，涉及機(jī)械、控制、傳感多方面，再加上1-2 個(gè)綜合性實(shí)

驗(yàn)或者開放性實(shí)驗(yàn)。并且這些實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是高校線教師所設(shè)計(jì)，而非公司設(shè)計(jì)的。下面為某

高校教授專門針對機(jī)器人開展的《機(jī)器人技術(shù)及實(shí)踐》課程所設(shè)計(jì)的教學(xué)大綱：

《機(jī)器人技術(shù)及實(shí)踐》教學(xué)大綱

T課程編號T ： T課程名稱T ： T學(xué)分/學(xué)時(shí)T：2/48(實(shí)驗(yàn):30)

T英文名稱T ：Robot Technique and Practice

T考核方式T：考查 T大綱執(zhí)筆人T： T大綱審核人T：

T適用專業(yè)T ：全校各專業(yè)

T先修課程T ：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(C語言或匯編)

－ 、教學(xué)基本目標(biāo)

本課程是面向工科學(xué)生的工程技術(shù)實(shí)踐選修課。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，應(yīng)了解有關(guān)機(jī)器人技術(shù)

方面的基本知識，掌握機(jī)器人學(xué)所涉及的技術(shù)的基本原理和方法，并以“NAO 智能機(jī)器人系列”為例，

自主完成從安裝到編程控制，完成執(zhí)行任務(wù)的實(shí)踐訓(xùn)練過程，有助于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新意識，

并得到先機(jī)器人技術(shù)開發(fā)的實(shí)踐技能訓(xùn)練。

二、學(xué)習(xí)收獲

1、了解機(jī)器人技術(shù)的基本概念以及有關(guān)電工電子學(xué)、單片機(jī)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器等技術(shù)。

2、初步掌握機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)原理、動力學(xué)原理和基于智能機(jī)器人的控制理論，并受到實(shí)踐訓(xùn)練。

3、通過學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，具體掌握基于C++,或者Choregraphe 的機(jī)器人控制技術(shù)，并完成使機(jī)器人獨(dú)

立執(zhí)行一定的任務(wù)。

三、內(nèi)容提要與要求

部分 理論教學(xué)

章 概論

教學(xué)內(nèi)容：

1-1 機(jī)器人的發(fā)展歷史。

1-2 機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。

教學(xué)要求：

1、了解機(jī)器人學(xué)的概念、主要方法和應(yīng)用。

2、掌握機(jī)器人的設(shè)計(jì)原則和控制方法，并相關(guān)學(xué)科的知識。

第二章 機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容：

2-1 機(jī)器人的概念和分類。

2-2 機(jī)器人外形結(jié)構(gòu)與運(yùn)動 。

2-3 驅(qū)動機(jī)構(gòu)電機(jī)的控制方法。

教學(xué)要求：

1、了解機(jī)器人的概念、分類及應(yīng)用。

2、了解機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)、運(yùn)動方式及自由度。

3、掌握驅(qū)動機(jī)構(gòu)的類型和方法。

第三章 機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

教學(xué)內(nèi)容：

3-1 位置和姿態(tài)的表示 。

3-2 坐標(biāo)變換及方程的建立。

教學(xué)要求：

1、初步掌握對機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的數(shù)學(xué)描述方法。

2、初步掌握齊次坐標(biāo)及其變換方法。

第四章 機(jī)器人的控制和編程

教學(xué)內(nèi)容：

4-1 智能機(jī)器人的簡介。

4-2 行走機(jī)器人的控制和編程。

教學(xué)要求：

1、初步掌握NAO 機(jī)器人的控制原理。

2、初步掌握NAO 機(jī)器人的編程語言。

第二部分 實(shí)踐訓(xùn)練

內(nèi)容： 1、NAO 機(jī)器人結(jié)構(gòu)認(rèn)識訓(xùn)練。

2、NAO 機(jī)器人裝配與改裝。

3、編程和項(xiàng)目訓(xùn)練。

要求：1、寫出綜述報(bào)告及實(shí)驗(yàn)報(bào)告和設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告。

2、實(shí)踐訓(xùn)練過程分組進(jìn)行，全部訓(xùn)練基本由學(xué)生獨(dú)立完成。

四、教學(xué)進(jìn)度

（1）理論教學(xué)部分

課次 課程內(nèi)容 講課時(shí)數(shù)

1 機(jī)器人技術(shù)緒論 2

2 機(jī)器人的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢 2

3 機(jī)器人本體的機(jī)械結(jié)構(gòu) 2

4 機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成及自由度的計(jì)算 2

5 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析 2

6 機(jī)器人的控制 2

7 NAO 機(jī)器人系統(tǒng) 2

8 NAO 機(jī)器人主要功能 2

9 NAO 機(jī)器人編程及傳感器的應(yīng)用 2

（2）實(shí)踐訓(xùn)練部分

訓(xùn)練內(nèi)容 訓(xùn)練時(shí)數(shù)

NAO 人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)認(rèn)識及組裝訓(xùn)練 10

機(jī)器人裝配及行走正方形實(shí)踐訓(xùn)練 10

機(jī)器人裝配及躲開障礙物的實(shí)踐訓(xùn)練 10

五、教學(xué)方式

理論教學(xué)集中進(jìn)行，實(shí)踐訓(xùn)練分組進(jìn)行。

六、教材或參考書

教材：機(jī)器人學(xué) （作者:張鐵, 華南理工出版, 2003 年 一版）

參考書：

1、機(jī)器人學(xué)（蔡自興等.清華大學(xué)出版社.2000 年）

2、機(jī)器人基礎(chǔ)（孫學(xué)檢.石油大學(xué)出版社.1999 年）

七、學(xué)生成績評定方法

1、根據(jù)學(xué)生平時(shí)成績（ 20% ）、綜述報(bào)告（ 40% ）和實(shí)驗(yàn)報(bào)告（ 40% ），三部分結(jié)果綜合評定成

績（優(yōu)、良、中、及格和不及格）。

2、課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生需交付“機(jī)器人課程及實(shí)踐訓(xùn)練報(bào)告”包括：（1）專題綜述報(bào)告；（2）機(jī)器人

實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

六、主要應(yīng)用客戶：

1、國內(nèi)客戶

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

上海交通大學(xué)

浙江大學(xué)

同濟(jì)大學(xué)

東華大學(xué)

上海第二工業(yè)大學(xué)

北京郵電大學(xué)

北京理工大學(xué)

北京師范大學(xué)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)

大連理工大學(xué)

東北大學(xué)

山東大學(xué)

蘭州大學(xué)

西安交通大學(xué)

電子科技大學(xué)

華中科技大學(xué)

國防科技大學(xué)

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)

北京航空航天大學(xué)

北京科技大學(xué)

軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院

第二炮兵工程學(xué)院

廣東工業(yè)大學(xué)

魯東大學(xué)

合肥工業(yè)大學(xué)

中科院深圳*技術(shù)研究院

中科院合肥物質(zhì)研究所

中科院廣東工程中心