NAO機器人

目 錄

一、國內外機器人發展情況

二、NAO 機器人介紹

三、NAO 機器人特殊領域應用案例：

1、導盲機器人

2、導聾機器人

3、自閉癥*器人

4、其他應用領域

四、NAO 機器人在大賽中的應用：

五、NAO 機器人在教學領域的應用：

六、NAO 主要客戶應用

七、公司介紹

八、附表

一、國內外機器人發展情況

機器人在受到了高度的重視，應用較為廣泛，人們稱贊它為電子助手。在過去十年里，

對機器人的需求增加了２０倍。早在１９８３年，法國就制訂了一項“*機器人計劃”，

該計劃是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個合作項目中的一項，這是一項多功能獨立機器人計劃，準備十年完成，

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及有害環境下工作的機器

人。１９８６年，法國又根據本國情況獨立地制定了一項今后十年機器人的發展計劃，分三個

階段進行，即１~２年的近期任務；２~５年的中期任務；５~１０年的長期任務。為落實這一

計劃，法國政府制定了八條措施，進行了五個方面的研究，并建立了機器人部際委員會。１９

９０年初，法國機器人工業界在“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，目的是鼓勵制造廠商們對采用機器人的可行性進行調研。由于措施得力，十幾

年來，法國機器人有了長足的進步。

機器人產業是目前上增長迅速的產業之一。據統計，2012 年機器人市場銷售量

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

255 億美金，中國機器人市場2011 年比2010 年增長了50%。預計，到2015 年，中國機器人的

需求量將達到3.5 萬臺，占總量的17.5%。2012 年4 月，科技部發布了《智能制造科技發

展“十二五”專項規劃》，同時，針對機器人領域發布了《服務機器人科技發展“十二五”專項規

劃》。“十二五”期間，我國將攻克一批智能化裝備，發展和培育一批高技術產值超過100

億元的核心企業。

而NAO 機器人至今已經在上百個科研機構和大學應用，涉及創新教育、機器人大賽、醫療

康復、檢測領域、智能控制領域、圖像處理領域等多個領域。有很多案例已經成功的應用于實

際工業生產和家庭領域等專業領域。正是這個理想的教學、科研平臺的出現，彌補了高校與實

際工作的銜接。

二、機器人介紹：

A、智能機器人

構造

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2 小時；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

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

光學格式1/6 inch

有效像素( HxV) 1288x968

靈敏度：

像素大小1.9um

動態范圍70dB

信號/1 噪聲比(大) 37dB

響應度2.24 V/lux-sec(960p)

8.96V/lux-sec (VGA)

攝像頭輸出960p030fps

數據格式YUV422

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、網絡連接：

以太網 1×RJ45 - 10/100/1000 BASE T；

WIFI 無線連接 IEEE 802.11b/g

3、身體結構介紹

*1、自由度：25 個

*2、電機：

1 型電機型號22NT82213P

空載轉速8300rpm ±10%

堵轉轉矩68mNm ±8%

連續轉矩大16.1mNm

2 型電機型號17N88208E

空載轉速400rpm ±12%

堵轉轉矩9.4mNm ±8%

連續轉矩大4.9mNm

3 型電機型號16GT83210E

空載轉速10700rpm ±10%

堵轉轉矩14.3mNm ±8%

連續轉矩大6.2mNm

機器人電子架構圖

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

多個傳感器。

*1、慣性傳感器：

陀螺儀2 個，精度5% 角速度-500°/s

三軸加速計1 個，精度1%，；加速-2g

*2、壓力傳感器

每只腳上4 個 范圍 0 至110N

*3、其他傳感器：

近紅外 前額2 個

接觸傳感器

聲納4 個

*4、位置傳感器：36 個

5、圖像處理系統介紹兩個高清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、語音處理系統介紹

機器人有四個麥克風，分布在前后左右，可以完成聲音定位。同時可以完成9 個國家的語

言的對話交流。

7、機器人編程軟件介紹

NAO 機器人支持C++、JAVA、Matlab 等10 多種編程語言，基本涵蓋了所有學科的編程語

言。同時，NAO 自身攜帶四套開發軟件，使機器人開放性更好，更加強大。

8、NAO 機器人在機電一體化領域的應用

NAO 機器人腳踝關節，即有兩個瑞士Maxon 空心杯電機組成的機器人的一只腳，采用可拆

卸結構設計，便于學生進行拆裝訓練。腳踝關節的 Solidworks 三維文件*開放，便于學生

進行數學建模；腳踝關節的電路部分*開放，便于學生進行電機控制及算法研發。

配套教學大綱

機器人實驗室的主要教學方式是實驗課。因此實驗指導書處在重要的位置。按一門課程

32 學時計算，設計3-4 個分項實驗，涉及機械、控制、傳感多方面，再加上1-2 個綜合性實

驗或者開放性實驗。并且這些實驗應該是高校線教師所設計，而非公司設計的。下面為某

高校教授專門針對機器人開展的《機器人技術及實踐》課程所設計的教學大綱：

《機器人技術及實踐》教學大綱

T課程編號T ： T課程名稱T ： T學分/學時T：2/48(實驗:30)

T英文名稱T ：Robot Technique and Practice

T考核方式T：考查 T大綱執筆人T： T大綱審核人T：

T適用專業T ：全校各專業

T先修課程T ：機械設計基礎，計算機程序設計基礎(C語言或匯編)

－ 、教學基本目標

本課程是面向工科學生的工程技術實踐選修課。學生通過本課程的學習和訓練，應了解有關機器人技術

方面的基本知識，掌握機器人學所涉及的技術的基本原理和方法，并以“NAO 智能機器人系列”為例，

自主完成從安裝到編程控制，完成執行任務的實踐訓練過程，有助于培養學生學習的興趣和創新意識，

并得到先機器人技術開發的實踐技能訓練。

二、學習收獲

1、了解機器人技術的基本概念以及有關電工電子學、單片機、機械設計、傳感器等技術。

2、初步掌握機器人的運動學原理、動力學原理和基于智能機器人的控制理論，并受到實踐訓練。

3、通過學習和訓練，具體掌握基于C++,或者Choregraphe 的機器人控制技術，并完成使機器人獨

立執行一定的任務。

三、內容提要與要求

部分 理論教學

章 概論

教學內容：

1-1 機器人的發展歷史。

1-2 機器人發展現狀和趨勢。

教學要求：

1、了解機器人學的概念、主要方法和應用。

2、掌握機器人的設計原則和控制方法，并相關學科的知識。

第二章 機器人本體的機械結構

教學內容：

2-1 機器人的概念和分類。

2-2 機器人外形結構與運動 。

2-3 驅動機構電機的控制方法。

教學要求：

1、了解機器人的概念、分類及應用。

2、了解機器人的外形結構、運動方式及自由度。

3、掌握驅動機構的類型和方法。

第三章 機器人的數學基礎

教學內容：

3-1 位置和姿態的表示 。

3-2 坐標變換及方程的建立。

教學要求：

1、初步掌握對機器人運動學和動力學的數學描述方法。

2、初步掌握齊次坐標及其變換方法。

第四章 機器人的控制和編程

教學內容：

4-1 智能機器人的簡介。

4-2 行走機器人的控制和編程。

教學要求：

1、初步掌握NAO 機器人的控制原理。

2、初步掌握NAO 機器人的編程語言。

第二部分 實踐訓練

內容： 1、NAO 機器人結構認識訓練。

2、NAO 機器人裝配與改裝。

3、編程和項目訓練。

要求：1、寫出綜述報告及實驗報告和設計方案論證報告。

2、實踐訓練過程分組進行，全部訓練基本由學生獨立完成。

四、教學進度

（1）理論教學部分

課次 課程內容 講課時數

1 機器人技術緒論 2

2 機器人的發展歷史、現狀和趨勢 2

3 機器人本體的機械結構 2

4 機器人的機構組成及自由度的計算 2

5 機器人運動學分析 2

6 機器人的控制 2

7 NAO 機器人系統 2

8 NAO 機器人主要功能 2

9 NAO 機器人編程及傳感器的應用 2

（2）實踐訓練部分

訓練內容 訓練時數

NAO 人形機器人結構認識及組裝訓練 10

機器人裝配及行走正方形實踐訓練 10

機器人裝配及躲開障礙物的實踐訓練 10

五、教學方式

理論教學集中進行，實踐訓練分組進行。

六、教材或參考書

教材：機器人學 （作者:張鐵, 華南理工出版, 2003 年 一版）

參考書：

1、機器人學（蔡自興等.清華大學出版社.2000 年）

2、機器人基礎（孫學檢.石油大學出版社.1999 年）

七、學生成績評定方法

1、根據學生平時成績（ 20% ）、綜述報告（ 40% ）和實驗報告（ 40% ），三部分結果綜合評定成

績（優、良、中、及格和不及格）。

2、課程學習結束后，學生需交付“機器人課程及實踐訓練報告”包括：（1）專題綜述報告；（2）機器人

實驗報告。

六、主要應用客戶：

1、國內客戶

中國科學技術大學

上海交通大學

浙江大學

同濟大學

東華大學

上海第二工業大學

北京郵電大學

北京理工大學

北京師范大學

哈爾濱工業大學

大連理工大學

東北大學

山東大學

蘭州大學

西安交通大學

電子科技大學

華中科技大學

國防科技大學

中國農業大學

北京航空航天大學

北京科技大學

軍事醫學科學院

第二炮兵工程學院

廣東工業大學

魯東大學

合肥工業大學

中科院深圳*技術研究院

中科院合肥物質研究所

中科院廣東工程中心