1、NAO仿人机器人实验室建设方案阿尔德巴兰机器人贸易（上海）有限公司地址：上海市黄浦区延安东路550号海洋大厦913室姓名：王阿乔电话：Email：网址：目录NAO机器人实验室建设背景3机器人实验室建设背景3NAO机器人性能介绍3NAO机器人实验室建设规划5场地需求5空间布置设计5设备列表及其预算6NAO机器人实验室教学模式探讨7针对NAO机器人可开展的教学课程7针对NAO机器人可开展的科研项目9针对NAO机器人可开展的竞赛项目13课外增值活动14提供资料介绍14NAO机器人实验室建设背景机器人实验室建设背景工程教育作为教育的一个重要组成部分，随着科学技术的发展越来越具有其特殊性，创新工程教育已2、经成为时代主题。从教学课程体系而言，就是要将工程学科各个专业的专业基础课和专业课的教学和实验放到某个具体的、典型的工程对象中进行，而不是分割教学、分割实践，而机器人作为一个典型的工程对象和系统，涵盖了计算机、电子、单片机、通信、机械等各个学科的知识内容。能够使学生理解各个学科、专业、课程之间的内在联系，整体和部分之间联系，让学生不仅了解基础的教育机器人的知识，同时可以在一定的基础上进行竞赛机器人的一些培训。仿人机器人本身具备的更容易接受的外形、更易于交互、更自然的身体语言、更加与周围环境相适应等特点，使得仿人机器人具备更高的科研和学术价值，更加容易吸引学生的学习星期，也是最全面的机器人技术的综3、合体。而且相比于非人形的机器人更加具备教学和竞赛的可操作性。NAO机器人性能介绍拥有25个自由度，动作灵活，配有一个惯性导航仪，使它在移动时既可很好地保持平衡，也可进行空间定位。凭借其超声波传感器和压力传感器，可以探测到周围的障碍物并绕行。它的致动器使用尖端技术，可以使其动作十分精确。拥有开放式编程构架，使分布式软件模块可以在一起协调运行。用户可对其进行二次开发，可以通过操作简便的行为编辑软件Choregraphe，使用C+语言编程，或是通过一个丰富的应用程序接口（API），使用不同脚本语言来编程。除了可以利用高级的应用程序接口让它行走和保持平衡外，还可以打开一个低水平的传感器和致动器编写程序4、，并可用自己的编码代替已有的编码。此外，还可以使用Microsoft Robotics Studio和Webots模拟器来确认动作序列。拥有多种嵌入式软件。通过这些软件，可以进行声音合成、音响定位、探测视觉图像及有颜色的形状、（凭借双通道超声波系统）探测障碍物以及通过自身大量的发光二极管来产生视觉效果或进行互动。内部的多媒体设备（高保真扬声器系统、扩音器系统和2个数码摄像头）赋予了它多种能力，包括说话、播放音乐、音响源定位及面部探测等。25自由度仿人智能机器人是一个全开放的研究平台，该平台可以进行语音识别与语音合成，从研究人型机器人步态、人型机器人平衡、路径规划、抓取物体，到视觉研究及人机互动5、（MMI）、机器人群体协作，NAO-H2504-B2A版均为当今最领先的人形机器人科研与教学平台。同时该机器人软件配套完善，界面友好，适用于不同层次研究人员的科研需要，在机器人学的日常教学中也能起到很大的促进作用。它还普遍用于机器人技术、人工智能、计算机科学等领域研究。该机器人平台为国际ROBOCUP人型标准平台组指定参赛使用平台，该赛事是机器人届规模最大也是影响力最大的赛事，每年一届，今年在土耳其比赛。中国目前有资格参加国际赛的队伍为中国科学技术大学，同济大学两个学校。国内ROBOCUP也使用同样规则及平台，国内比赛为预选赛，每年一届，参赛队伍含中科大、同济大学、东华大学、西安交通大学等。国6、内购买该设备用作科研领域的除上述学校还有中国科学院深圳先进技术研究院、中国科学院合肥物质研究院、中国科学院广东工业技术研究院、浙江大学、哈尔滨工业大学、东南大学、上海交通大学、华南理工、厦门大学、苏州大学、山东大学、香港科技大学、香港中文大学等。NAO机器人实验室建设规划场地需求20m*10m的空间20m空间布置设计10m设备列表及其预算编号品名数量单价（万）预算（万）1NAO机器人及配套软件109.5952NAO机器人电池100.151.53NAO机器人充电器100.151.54电脑100.775桌子（定制）100.050.56椅子200.010.27投影仪+投影幕布10.30.38扩音器27、0.050.19陈列窗20.10.210足球场地10.10.111打印机10.50.512储物柜20.050.1总计106.9万NAO机器人实验室教学模式探讨针对NAO机器人可开展的教学课程1.1， 课程名称：仿人机器人技术探究适用专业：全校学生教学目标：仿人机器人的研究是一个富有挑战的课题，也是机器人领域难题，对其研究将促进力学，控制领域新的理论和方法的出现，同事也会推动机构学、仿生学、人工智能能学科的发展。本课程主要通过对仿人机器人的介绍，让学生了解仿人机器人的相关技术，研究及应用现状、研究意义等相关内容；让学生了解如何设计制作放任机器人的机械机构，以及如何设计复杂控制软件模块，利用仿人机8、器人进行实践教学，增强学生的动手能力，为今后在仿人机器人领域进一步研究提供基础。1.2， 课程名称：仿人机器人创新实践适用对象：全校学生教学目标：通过对仿人机器人的介绍，让学生了解放任机器人的祥光技术、研究及应用现状、研究意义等相关内容；让学生明确仿人机器人领域的研究方向，对学生今后学习具有指导性作用；同时利用NAO仿人机器人平台进行实践教学，增强学生的动手能力和解决问题的能力，学习仿人机器人步行、传感、人机交互等技术；通过组织仿人机器人比赛，培养学生的团队合作精神，进一步深入了解仿人机器人。1.3，课程名称：脑与机器人课程性质：针对机械工程、信息等专业学生教学目标：本课程分别从工科角度介绍脑9、科学和从生命科学介绍机器人技术并且引伸出脑与机器人这一交叉学科领域的最新进展，引导学生思考机器人进入社会后亟待研究的课题，激发学生对机器人技术、仿生学和认知科学的研究兴趣，同事使学生了解学科交叉领域的一般研究方法。课程内容设计机器人的发展史；人脑结构与认知机理；智能机器人的感知、实现及行为决策；基于脑科学的智能机器人系统集成体系机构；智能机器人研究等多方面内容。 1.4，课程名称：C+程序设计适用对象：计算相关专业教学目标：通过理论结合实践的方式为NAO编写程序，从而一步一步掌握C+程序设计1.5，课程名称：人形机器人环境的神经网络设计 1.6，课程名称：An Introduction To 10、RoboticsWith NAO 1.7，课程名称：Using NAO :Introduction to Interactive HumanoidRobotics 1.8，课程名称：智能控制适用对象：控制科学与工程专业教学目标：学生通过该课程将对离散时间系统，寄出控制理论及人工神经网络有了基本了解，并进一步学习如何应用这些技术解决包括系统控制等的工程问题。针对NAO机器人可开展的科研项目2.1，人形机器人室内路径规划NAO机器人是一个双足仿人机器人，可以独立自主的在有楼梯的空间里，自行导航控制，胸前有2组声纳系统，可以检测机器人前方障碍物的距离；摄像头可以在机器人运动时移动，相比轮式机器人，可11、以研究和学习更加复杂的运用场景例图：德国弗莱堡大学：NAO机器人定位导航2.2，人形机器人运动控制可以外接设备如：Kinect，实现人类与机器人动作同步图例：德国弗莱堡大学2.3，机器人手眼协调2.4，多传感器融合NAO全身具备100多个传感器，不同的传感器产生不同类型且多样化的采集数据，诸如：图像、音频、声呐数据、惯性单元数据、机器人的姿态信息等，基于不同且繁多的外部数据收集传感设备，可以进行多样化的机器人智能回馈模式2.5，神经网络在人形机器人中的应用2.6，基于高清视觉的人脸识别算法研究 NAO机器人具备两个高清摄像头，可以采集高清无压缩视频，并且以较低的帧率进行远程图像传输和处理，可以12、直观回馈图像视觉算法的结果。相比于非人形机器人，NAO机器人可以在更加适应人类环境，可以实现更加复杂的人脸识别研究。2.7，语音识别与合成在服务型机器人中的应用 NAO机器人具备4个麦克风和2个高保真扬声器。可以非常具体的现实语音识别和合成算法的结果。2.8，服务型机器人在智能家居中的实际应用开发 NAO机器人支持多种连接方式：以太网、wifi、蓝牙，铝电池可以持续充电，NAO机器人能实现智能家居的理想远程控制。并且相比于其他智能家居设备，NAO机器人更加适应家庭生活环境，更加易于交互。2.9，脑机接口技术在人形机器人中的应用例图：华东理工大学：基于脑-机接口的智能机器人操控轮椅2.10，多功13、能人形机器人在自闭症儿童康复治疗过程中的案例开发人形机器人相比其他机械装置，更加适合自闭症这个研究应用的领域，具有人类的基本功能，可以与自闭症儿童交流，可以通过简单重复的肢体语言表达，训练自闭症儿童。2.11，基于云服务的自然语言理解NAO机器人具备4个麦克风和2个高保真扬声器。可以非常具体的现实语音识别和合成算法的结果。可以基于大数据和云处理技术，实现自然语言理解。2.12，大数据系统下服务机器人的数据挖掘与处理针对NAO机器人可开展的竞赛项目3.1，Robocup国际/中国公开赛SPL足球机器人标准平台6VS63.2，Robocup国际/中国公开赛SPL Drop in 技术挑战赛3.3，Robocup国际/中国公开赛仿真组3.4，江苏省大学生机器人竞赛标准平台组高尔夫球比赛3.5，全国素质体育运动会标准平台组高尔夫比赛3.6，ALDEBARAN Robotics公司Online Competition亚太区线上程序设计大赛3.7，机器人舞蹈赛课外增值活动4.1，科技周展示4.2，接待中小学生暑期夏令营4.3，校园活动（文艺活动，颁奖典礼，运动会）4.4，校外活动（大学生创新大赛）4.5，电视采访（增加知名度）提供资料介绍1， NAO机器人详细技术参数2， 相关课程教材、教学大纲3， 全球用户共享社区网站：