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最后更新：2014-01-06
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生產(chǎn)企業(yè)：北京朝元時(shí)代科技有限公司
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產(chǎn)品詳細(xì)介紹NAO是一個(gè)57厘米高的可編程仿人機(jī)器人。其關(guān)鍵組件如下：
• 擁有25個(gè)自由度（DOF）的身體，其關(guān)鍵部件為電機(jī)與致動(dòng)器。
• 一系列傳感器：2個(gè)高清攝像頭、4個(gè)麥克風(fēng)、兩組超聲波距離傳感器、2個(gè)紅外線發(fā)射器和接收器、1組慣性傳感單元（兩個(gè)陀螺儀，一個(gè)加速計(jì)）、9個(gè)觸覺傳感器及8個(gè)壓力傳感器。
• 用于自我表達(dá)的器件：語音合成器、LED燈及2個(gè)高品質(zhì)揚(yáng)聲器。
• 一個(gè)CPU（ATOM Z530），1.6G主頻，1G RAM，2Gflash，8Gmicro SDHC。
• 第二個(gè)CPU（ARM 9），用以處理所有傳感器數(shù)據(jù)。
• 一個(gè)1.28Ah電池， 根據(jù)使用方式的不同，可為NAO提供1.5小時(shí)、甚至更長的自主時(shí)間。
構(gòu)建機(jī)器人的應(yīng)用程序具有挑戰(zhàn)性：
應(yīng)用程序建立在大量先進(jìn)的復(fù)雜技術(shù)之上，如語音識(shí)別、物體識(shí)別、地圖構(gòu)建等。
應(yīng)用程序必須安全可靠，而且能夠利用有限的資源、在有限的環(huán)境中運(yùn)行。
NAO支持用戶可在Windows、Mac或Linux系統(tǒng)下開發(fā)代碼，并通過C++、Python、Urbi、.Net等多種語言進(jìn)行調(diào)用。建立在該框架之上的模塊提供豐富的API接口，以便與NAO互動(dòng)。
可滿足一般機(jī)器人開發(fā)的需要：并行，資源，同步，事件。
運(yùn)動(dòng)
全方位行走
NAO行走使用的是一個(gè)簡單動(dòng)態(tài)模型（線性倒擺，LIPM）及二次規(guī)劃 （Quadratic programming）。NAO使用關(guān)節(jié)傳感器提供的反饋信息，來完成行走平衡。這樣，既可提高機(jī)器人行走的魯棒性，免受小的干擾，也可吸收軀干在前面 和側(cè)面的振蕩。此外，NAO還可在多種地面上行走，如地毯、瓷磚地、木質(zhì)地板等，并可從一種地面自如地行走至另一種地面。
全身運(yùn)動(dòng)
NAO的運(yùn)動(dòng)模型基于一個(gè)普遍的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)（Generalized Inverse Kinematics），可處理笛卡爾和關(guān)節(jié)控制、平衡、冗余和任務(wù)優(yōu)先級(jí)等。換言之，當(dāng)要求NAO伸出手臂時(shí)，它會(huì)同時(shí)彎下軀干。這是因?yàn)樗氖直酆屯?nbsp;部關(guān)節(jié)都被考慮在內(nèi)。而且NAO會(huì)停止移動(dòng)，以保持平衡。
摔倒管理器
摔倒管理器（Fall Manager）可在機(jī)器人摔倒時(shí)起到保護(hù)作用。它的主要功能在于探測機(jī)器人的重心（CoM）是否超出支持多邊形的范圍。該支持多邊形根據(jù)接觸地面的雙足的位置來確定。當(dāng)摔倒管理器探測到機(jī)器人要摔倒時(shí)，所有的運(yùn)動(dòng)任務(wù)都會(huì)被終止，機(jī)器人的雙臂會(huì)根據(jù)情況處于自我保護(hù)的位置，而且機(jī)器人重心降低，電機(jī)的剛度也會(huì)降為零。
視覺
NAO擁有兩個(gè)攝像頭，可以跟蹤、學(xué)習(xí)并識(shí)別不同的圖像和面部。
NAO 采用兩個(gè)高清攝像頭，有效像素達(dá)1.22MP，每秒30幀.其中一個(gè)攝像頭位于機(jī)器人前額，拍攝其前方的水平畫面。另一個(gè)位于嘴部，用于掃描周圍環(huán)境。
通過視覺軟件，您可再現(xiàn)NAO看到的圖片及視頻流。然而，如果人無法感知并分析周圍的環(huán)境，就算眼睛能看到，那又有什么用呢？
正是出于這個(gè)原因，NAO身上包含了一系列算法，用于探測和識(shí)別不同的面部和物體形狀。這樣，機(jī)器人就可以認(rèn)出和它說話的人、找到一個(gè)皮球或是更為復(fù)雜的物體。
這些算法均為NAO專門開發(fā)。而且，我們?cè)陂_發(fā)過程中，始終力爭將處理器資源的使用率降至最低。
此外，通過NAO的SDK，您可自行開發(fā)模塊，并可連接至OpenCV（OpenCV：由英特爾公司最早開發(fā)的開源計(jì)算機(jī)視覺庫）。
您可以在NAO上執(zhí)行模塊，或是將模塊傳送至與機(jī)器人連接的電腦上。這樣，您就可以輕松地使用OpenCV的顯示功能，來開發(fā)和測試自行設(shè)計(jì)的算法，并可獲得圖片反饋。
音頻
NAO擁有四個(gè)麥克風(fēng)，可跟蹤聲源，還可使用七種語言進(jìn)行語音識(shí)別和聲音合成。
聲源定位
讓機(jī)器人與人類互動(dòng)是研制仿人機(jī)器人的主要目的之一。聲源定位功能用于確定聲音來自何方。為了生成魯棒且有用的輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)滿足CPU和內(nèi)存方面的要求，NAO的聲源定位功能基于“到達(dá)時(shí)間差”法（Time Difference of Arrival）。
換言之，當(dāng)NAO附近的某個(gè)聲源發(fā)出聲音時(shí)，NAO身上的四個(gè)麥克風(fēng)在接收聲波的時(shí)間上會(huì)略有差異。例如，當(dāng)有人在NAO左側(cè)說話時(shí)，相應(yīng)的信號(hào)會(huì)首先到達(dá)機(jī)器人左側(cè)的麥克風(fēng)，幾毫秒之后到達(dá)位于前額與腦后的麥克風(fēng)，最后到達(dá)右側(cè)的麥克風(fēng)。
這種時(shí)間差名為“雙耳時(shí)間差”（interaural time differences，簡稱ITD）。在這些時(shí)間差的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算可獲得聲源的當(dāng)前位置。
這樣，每當(dāng)聽到一個(gè)聲音時(shí)，機(jī)器人就可借助4個(gè)麥克風(fēng)測量到的ITD值，通過運(yùn)算檢索到聲源的方向（方位角和仰角）。
該功能作為一個(gè)NAOqi模塊供用戶使用。模塊名為“ALAudioSourceLocalization”，提供一個(gè)C++和Python的API接口，可準(zhǔn)確地與某一Python腳本或NAO模塊互動(dòng)。
Choregraphe中也包含兩個(gè)相關(guān)指令盒，幫助用戶在某一行為中使用該功能：
可行的實(shí)際應(yīng)用包括：
• 探測、跟蹤并識(shí)別某個(gè)人
• 探測、跟蹤并識(shí)別某個(gè)可發(fā)聲物體
• 在某一特定方向的語音識(shí)別
• 在某一特定方向的說話者識(shí)別
• 遠(yuǎn)程安全監(jiān)控
• 娛樂
音頻信號(hào)處理
由于機(jī)器人上的嵌入式處理器計(jì)算能力有限，有時(shí)可將某些運(yùn)算導(dǎo)出至遠(yuǎn)程桌面或服務(wù)器上完成。
這個(gè)方法尤其適用于處理音頻信號(hào)。例如，在一個(gè)遠(yuǎn)程處理器上進(jìn)行語音識(shí)別時(shí)，效率會(huì)更高（速度更快且更準(zhǔn)確）。大部分現(xiàn)代智能手機(jī)就是以遠(yuǎn)程方式來處理語音識(shí)別。
用戶可能會(huì)希望直接在機(jī)器人上應(yīng)用自己的信號(hào)處理算法。
NAOqi框架使用“簡單對(duì)象訪問協(xié)議”（Simple Object Access Protocol，簡稱SOAP）來發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)音頻信號(hào)。
使用ALSA庫（Advanced Linux Sound Architecture）在NAO上生成和記錄聲音。
ALAudioDevice模塊管理音頻的輸入和輸出。
專業(yè)人員利用NAO的音頻處理能力，可進(jìn)行大量與人機(jī)互動(dòng)及信息交流有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和研究。
例如，NAO可用作一個(gè)交流器件。用戶可以像是在和另一個(gè)人交談一樣，與機(jī)器人互動(dòng)（如交談、傾聽等）。
信號(hào)處理自然也是一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例。用戶可借助音頻模塊，實(shí)時(shí)獲得來自麥克風(fēng)的原始音頻數(shù)據(jù)，然后使用自己的代碼予以處理。
觸覺傳感器
除攝像頭和麥克風(fēng)外，NAO還配備了電容式傳感器，分別位于頭頂與手部。每處的傳感器分為三部分。
由此，您就可以通過觸摸向NAO發(fā)出訊息，例如，按下一次觸摸傳感器，告訴機(jī)器人自行關(guān)閉，或是使用該傳感器來觸發(fā)某一相關(guān)動(dòng)作。
該系統(tǒng)與LED燈配套使用，可指示觸摸類型。它還可用來編輯復(fù)雜序列。
超聲波
NAO配備雙通道超聲波系統(tǒng)，包括兩個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器。
通過該系統(tǒng)，機(jī)器人可估計(jì)自身與周圍環(huán)境中的障礙物之間的距離。探測范圍介于0至70厘米之間。
當(dāng)與障礙物的距離小于15厘米時(shí)，機(jī)器人不會(huì)獲得具體的距離信息，而只是知道附近有一個(gè)物體。
連接
以太網(wǎng)與Wifi無線連接
NAO支持Wi-Fi無線連接（a、b、g標(biāo)準(zhǔn)）和以太網(wǎng)連接。這是目前使用最廣泛的兩種網(wǎng)絡(luò)連接方式。此外，NAO眼部還配備了紅外線發(fā)射與接收器，可連接至周圍環(huán)境中的物體上。NAO與IEE 802.11g Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)兼容，可用于WPA和WEP網(wǎng)絡(luò)，因此可較為容易地連接至家庭或辦公室網(wǎng)絡(luò)上。NAO的操作系統(tǒng)支持以太網(wǎng)與Wi-Fi無線連接，因此，除需要在無線連接時(shí)輸入密碼外，無需進(jìn)行其它任何特別的設(shè)置。
NAO的網(wǎng)絡(luò)連接能力為研究工作提供了多種可能性。您可通過聯(lián)網(wǎng)的任何一臺(tái)電腦來控制NAO或?yàn)槠渚幊獭?br/>以下為NAO用戶開發(fā)的若干應(yīng)用實(shí)例：
• 根據(jù)IP地址，NAO可確定其當(dāng)前的位置，正確報(bào)告天氣預(yù)報(bào)；
• 讓NAO尋找更多與某一主題有關(guān)的信息；NAO會(huì)自動(dòng)連接至維基百科，并朗讀相關(guān)詞條；
• 將NAO連接至相應(yīng)的音頻流，機(jī)器人會(huì)轉(zhuǎn)播某一在線電臺(tái)的節(jié)目；
運(yùn)用XMPP技術(shù)（如谷歌聊天系統(tǒng)使用的技術(shù)），用戶可遠(yuǎn)程控制NAO，并獲得由機(jī)器人的攝像頭返回的視頻流。
紅外線技術(shù)
通過紅外信號(hào)，不同的機(jī)器人NAO之間可相互交流。NAO還可與其它支持紅外線技術(shù)的器件 交流。例如，用戶可以讓NAO向其它器件發(fā)送紅外線信號(hào)，以控制這些器件（例如：“NAO，請(qǐng)打開電視！”）。此外，NAO也可接收如遙控器等紅外線發(fā)射 器發(fā)出的指令。兩個(gè)機(jī)器人NAO之間可直接交流。
紅外線技術(shù)早已成為在家用電器上廣泛使用的一項(xiàng)遙控技術(shù)。因此，NAO只需經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整，即可適用于家庭使用。此外，NAO還可探測接收到的紅外線信號(hào)來自其左側(cè)，還是右側(cè)。
開源
近五年多以來，Aldebaran Robotics公司一直致力于開發(fā)機(jī)器人平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)，希望與研究、開發(fā)人員以及參與仿人機(jī)器人新興項(xiàng)目的人員共同分享跨平臺(tái)構(gòu)建工具、核心通信庫和其它基本模塊。
NAO用戶可充分利用Aldebaran Robotics公司的豐富經(jīng)驗(yàn)，將精力集中在開發(fā)創(chuàng)新的應(yīng)用程序上。
此外，不斷成長的NAO社團(tuán)以強(qiáng)大的創(chuàng)新能力為特色，也可令用戶受益匪淺。
機(jī)器人及其相關(guān)應(yīng)用程序仍屬新興的研究領(lǐng)域。
如要共同探索未來的應(yīng)用程序，就有必要在我們的用戶社區(qū)內(nèi)與其他成員不斷溝通與交流。
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