NAO使用手册互动人形机器人绪论-简体.pdf-资料库

vI-SUNG SUH NAO 使用手册互动人形机器人绪论

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作者的话机器人在各个领域都可以取代人力和协助人们，包括生产，极端工作和服务业.而且机器人在不久的将来会有更广泛的应用.跟其他的机器人相比，人形机器吸引了大部分的目光，因为 1）他看起来与人较像，所以看起来较友善且被视为较适合协助人们做特定的工作 2）因为像人，所以可以使用双脚行走和执行需要双手的工作 3）他们模仿在进化上最杰出的人类形式. 除此之外，人形机器人开始引起了教育工作者和研究人员的注意，因为他们面临着具有挑战性的问题，包括在行走上的困难，移动上的控制，执行辨识传感器的效率问题，智能化实现等问题.但这一直是很艰难的，因为并没有很多商业化的机器人可以让我们用来开发新的控制和智能算法，并在实际教育和研究上，充分利用这些人形机器人的特点.幸运的是，有更多的人形机器人被释出，在这些机器人，当中从 Aldebaran Robotics 公司出来的 NAO 是目前世界上最为人知且是最广泛地应用于教育和研究上的人形机器人. 2007 年 8 月，它取代 Sony 的 Aibo（机器人小狗），被指定为 RoboCup（机器人足球世界杯）的官方平台，从 2008 年在中国苏州的比赛时，开始被采用. 人形 NAO 由 25 个关节所构成，这让步行和一般的移动控制变为可能. 通过无线/有线网络还可以有多样的互动，像打开信息，摄影机，红外传感器，麦克风，扬声器和 LED 等. 此软件结构是根据开放性原始码嵌入式 Linux 和支持程序语言，如 C，C++，URBI，Python 和.NET framework.这儿也提供了一个以图形为基础的编程软件称为 Choregraphe. 为了实现职业高中、大学和普通大众的教育和研究的目的，这本书将试图把重点放在使用 NAO 去解释环境和工具、编码技术、基本原理及应用. 这本书主要分为两个部分：第 1-3 章适用于初学者和章节 4-6 适用于高级用户.第 1-3 章介绍 Choregraphe 和 Python,这是使用 NAO 机器人必要的基础.4-6 章论及专业使用信息.我建议刚学 NAO 和对 C 和 Python 还不熟悉的人先熟悉第 1-3 章的内容.第 2 章和第 4-6 章建议给那些之前对于机器人编程有经验的人或那些想执行专门算法或控制指令的人. 3

第 1 章将介绍 NAO 机器人和用来验证 NAO 内部存储器和图像处理的监视器程序.同时也会解释如何初次设定系统.由于本章会讨论 NAO 的特点，这会对和 NAO 还不太熟悉的读者有帮助. 第 2 章将会教你如何使用 Choregraphe(一个以图形为基础的编程工具)来操作 NAO. Choregraphe 使用一个称为图像(Diagram)的程序模块来解释如何编程，以及如何设置 NAO 在时间轴里的动作.此外，在 Choregraphe 里它会提供如何使用指令盒数据库和 FTP 的描述. 第 3 章会简介 NAOqi 的 Choregraphe 脚本(Script)和 Python.同时也会提到 Python 语法以及有关创建和编辑 Choregraphe 脚本指令盒的讨论.如果你已熟悉 Python，这将是一个很好的章节. 第４章会解释构成 NAO 机器人基础的 NAOqi 结构以及被用来控制所有设备的 DCM.包括 NAOqi 的结构、文件结构、和 NAOqi 结构一样用来控制 NAO 的 Brover 等特色.在这章中也会探讨如何利用 Linux、 C++、和交叉编译把模块加载到 NAO，以及当 Time Command 同时接收多个指令时该怎么做.还将介绍 DCM 控制装置的结构以及如何使用 DCM 的同步方法来同步. 第 5 章中机器人运动学会解释 NAO 的关节结构，并提供每个关节的资料.Denavit-Hartenberg（DH）方法将用于解释正向运动学的计算.此外，Python 将被用来创建一个实际的正向运动学计算程序. 本章还将介绍逆向运动学计算和使用 Python 来对 NAO 的右臂实现逆向运动计算程序.您将需要相当的数学和机器人知识来了解第 5 章的内容. 第 6 章中的应用练习会将目前学过的信息使用于不同的方法和例子上来实现 NAO 的应用.高级的 Choregraphe 功能和扩展方法将在此使用，你也能够用时间轴编辑器来练习，此外，标记认知会被用于创造一个找寻路径的程序，以及乘法例子将会帮助你学到一些 Python 和 NAOqi API 的技巧.最后，同等重要的，图像辨识将用于物体分类，而逆向运动学以及 NAOqi 的使用也将会说明. 写这本书是相当困难的，因为存在着处理特定人形机器人模块这样的缺点. 4

没有太多关于它的教材，然而可用的那些则是相当杂乱无章.因为内容和主题的困难，对于如何处理各种读者群体我也是感到矛盾.我真诚地希望这本书将可以被当作一本好的人形机器人介绍的书. 对于在 NT 研究公司给我物质和精神上支持的人，我想表达我衷心的谢意. 我要特别感谢在智能系统实验室的 Jae-young Jang、Byung-yong Hyun、Su-hwan Hyun、Oh-sung vwon、Jae-min Lee、和 Young- vyun vim，为了帮我证实这本书的信息而对 NAO 进行的一连串实验. 尽管我投入最大的努力来为这本书搜集资料，但我相信仍然有改善的空间，我承认这完全是由于我在这庞大和惊人的领域里还有很多东西需要学习. Apriw2011 vi-sung Suh 5

如何使用这课程此书内容只允许复制来与同学分享 Aldebaran Robotics 无法保证此书的正确性.使用者应自行承担使用风险.Aldebaran Robotics 拒绝承担所有关于使用后果和此书内容的责任. Aldebaran Robotics 保留所有未在此讨论的版权.Aldebaran Robotics 和他的许可人保留这本书的所有版权标题、股份、所有权还有内容. 此课程是由 1.8.16 版的 Choregraphe(我们的程序软件)所完成的.然而大部分的编译工具仍可在更新的版本中使用.此课程里软件的屏幕截图会根据 Choregraphe 版本而有所不同. 6

( 目录 > 作者的话 > 如何使用此课程 NAO 是... 准备工作 > 1 - 介绍连接 NAO 监测器(旧称: TELEPATHE) 2 - Choregraphe 指令盒介绍和界面 CHOREGRAPHE-NAO 连接基于事件和时间的编程指令盒数据库 > > 3 - Python 在开始之前通过修改 CHOREGRAPHE 脚本来应用练习控制语句函数类模块概述数据形态及操作数参考数据 > 4 - NAOqi &DCM NAOqi 概述结构概述使用 NAOqi 用于加载模块的交叉编译(使用 C++、 Linux） DCM 介绍上层结构下层结构优先文件和子优先文件 DCM 限界法 DCM 同步方法 8 > 5 - NAO 运动学概述变换矩阵 NAO 构造运动学逆运动学 > 6 - 应用练习 CHOREGRAPHE 应用程序动作控制-时间轴编辑器使用标志和 Choregraphe 来得到方向 Python 和 NAOqi API 应用:背诵乘法表辨识和动作:使用物体辨识和抓取动作 10 17 18 22 26 28 33 35 39 46 92 94 95 98 105 109 112 120 124 133 134 136 138 146 153 163 164 168 172 173 181 182 184 185 186 193 205 216 218 235 246 251 261 7