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最后更新：2014-01-06
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生產企業(yè)：北京朝元時代科技有限公司
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產品詳細介紹NAO是一個57厘米高的可編程仿人機器人。其關鍵組件如下：
• 擁有25個自由度（DOF）的身體，其關鍵部件為電機與致動器。
• 一系列傳感器：2個高清攝像頭、4個麥克風、兩組超聲波距離傳感器、2個紅外線發(fā)射器和接收器、1組慣性傳感單元（兩個陀螺儀，一個加速計）、9個觸覺傳感器及8個壓力傳感器。
• 用于自我表達的器件：語音合成器、LED燈及2個高品質揚聲器。
• 一個CPU（ATOM Z530），1.6G主頻，1G RAM，2Gflash，8Gmicro SDHC。
• 第二個CPU（ARM 9），用以處理所有傳感器數(shù)據(jù)。
• 一個1.28Ah電池， 根據(jù)使用方式的不同，可為NAO提供1.5小時、甚至更長的自主時間。
構建機器人的應用程序具有挑戰(zhàn)性：
應用程序建立在大量先進的復雜技術之上，如語音識別、物體識別、地圖構建等。
應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等多種語言進行調用。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。
可滿足一般機器人開發(fā)的需要：并行，資源，同步，事件。
運動
全方位行走
NAO行走使用的是一個簡單動態(tài)模型（線性倒擺，LIPM）及二次規(guī)劃 （Quadratic programming）。NAO使用關節(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、木質地板等，并可從一種地面自如地行走至另一種地面。
全身運動
NAO的運動模型基于一個普遍的逆運動學（Generalized Inverse Kinematics），可處理笛卡爾和關節(jié)控制、平衡、冗余和任務優(yōu)先級等。換言之，當要求NAO伸出手臂時，它會同時彎下軀干。這是因為它的手臂和腿 部關節(jié)都被考慮在內。而且NAO會停止移動，以保持平衡。
摔倒管理器
摔倒管理器（Fall Manager）可在機器人摔倒時起到保護作用。它的主要功能在于探測機器人的重心（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。當摔倒管理器探測到機器人要摔倒時，所有的運動任務都會被終止，機器人的雙臂會根據(jù)情況處于自我保護的位置，而且機器人重心降低，電機的剛度也會降為零。
視覺
NAO擁有兩個攝像頭，可以跟蹤、學習并識別不同的圖像和面部。
NAO 采用兩個高清攝像頭，有效像素達1.22MP，每秒30幀.其中一個攝像頭位于機器人前額，拍攝其前方的水平畫面。另一個位于嘴部，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？
正是出于這個原因，NAO身上包含了一系列算法，用于探測和識別不同的面部和物體形狀。這樣，機器人就可以認出和它說話的人、找到一個皮球或是更為復雜的物體。
這些算法均為NAO專門開發(fā)。而且，我們在開發(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)的開源計算機視覺庫）。
您可以在NAO上執(zhí)行模塊，或是將模塊傳送至與機器人連接的電腦上。這樣，您就可以輕松地使用OpenCV的顯示功能，來開發(fā)和測試自行設計的算法，并可獲得圖片反饋。
音頻
NAO擁有四個麥克風，可跟蹤聲源，還可使用七種語言進行語音識別和聲音合成。
聲源定位
讓機器人與人類互動是研制仿人機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)，同時滿足CPU和內存方面的要求，NAO的聲源定位功能基于“到達時間差”法（Time Difference of Arrival）。
換言之，當NAO附近的某個聲源發(fā)出聲音時，NAO身上的四個麥克風在接收聲波的時間上會略有差異。例如，當有人在NAO左側說話時，相應的信號會首先到達機器人左側的麥克風，幾毫秒之后到達位于前額與腦后的麥克風，最后到達右側的麥克風。
這種時間差名為“雙耳時間差”（interaural time differences，簡稱ITD）。在這些時間差的基礎上，通過數(shù)學運算可獲得聲源的當前位置。
這樣，每當聽到一個聲音時，機器人就可借助4個麥克風測量到的ITD值，通過運算檢索到聲源的方向（方位角和仰角）。
該功能作為一個NAOqi模塊供用戶使用。模塊名為“ALAudioSourceLocalization”，提供一個C++和Python的API接口，可準確地與某一Python腳本或NAO模塊互動。
Choregraphe中也包含兩個相關指令盒，幫助用戶在某一行為中使用該功能：
可行的實際應用包括：
• 探測、跟蹤并識別某個人
• 探測、跟蹤并識別某個可發(fā)聲物體
• 在某一特定方向的語音識別
• 在某一特定方向的說話者識別
• 遠程安全監(jiān)控
• 娛樂
音頻信號處理
由于機器人上的嵌入式處理器計算能力有限，有時可將某些運算導出至遠程桌面或服務器上完成。
這個方法尤其適用于處理音頻信號。例如，在一個遠程處理器上進行語音識別時，效率會更高（速度更快且更準確）。大部分現(xiàn)代智能手機就是以遠程方式來處理語音識別。
用戶可能會希望直接在機器人上應用自己的信號處理算法。
NAOqi框架使用“簡單對象訪問協(xié)議”（Simple Object Access Protocol，簡稱SOAP）來發(fā)送和接收網(wǎng)絡音頻信號。
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，可進行大量與人機互動及信息交流有關的實驗和研究。
例如，NAO可用作一個交流器件。用戶可以像是在和另一個人交談一樣，與機器人互動（如交談、傾聽等）。
信號處理自然也是一個很好的應用實例。用戶可借助音頻模塊，實時獲得來自麥克風的原始音頻數(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，告訴機器人自行關閉，或是使用該傳感器來觸發(fā)某一相關動作。
該系統(tǒng)與LED燈配套使用，可指示觸摸類型。它還可用來編輯復雜序列。
超聲波
NAO配備雙通道超聲波系統(tǒng)，包括兩個發(fā)射器和兩個接收器。
通過該系統(tǒng)，機器人可估計自身與周圍環(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。
當與障礙物的距離小于15厘米時，機器人不會獲得具體的距離信息，而只是知道附近有一個物體。
連接
以太網(wǎng)與Wifi無線連接
NAO支持Wi-Fi無線連接（a、b、g標準）和以太網(wǎng)連接。這是目前使用最廣泛的兩種網(wǎng)絡連接方式。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標準兼容，可用于WPA和WEP網(wǎng)絡，因此可較為容易地連接至家庭或辦公室網(wǎng)絡上。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輸入密碼外，無需進行其它任何特別的設置。
NAO的網(wǎng)絡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)的任何一臺電腦來控制NAO或為其編程。
以下為NAO用戶開發(fā)的若干應用實例：
• 根據(jù)IP地址，NAO可確定其當前的位置，正確報告天氣預報；
• 讓NAO尋找更多與某一主題有關的信息；NAO會自動連接至維基百科，并朗讀相關詞條；
• 將NAO連接至相應的音頻流，機器人會轉播某一在線電臺的節(jié)目；
運用XMPP技術（如谷歌聊天系統(tǒng)使用的技術），用戶可遠程控制NAO，并獲得由機器人的攝像頭返回的視頻流。
紅外線技術
通過紅外信號，不同的機器人NAO之間可相互交流。NAO還可與其它支持紅外線技術的器件 交流。例如，用戶可以讓NAO向其它器件發(fā)送紅外線信號，以控制這些器件（例如：“NAO，請打開電視！”）。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。兩個機器人NAO之間可直接交流。
紅外線技術早已成為在家用電器上廣泛使用的一項遙控技術。因此，NAO只需經(jīng)過適當調整，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來自其左側，還是右側。
開源
近五年多以來，Aldebaran Robotics公司一直致力于開發(fā)機器人平臺的嵌入式系統(tǒng)，希望與研究、開發(fā)人員以及參與仿人機器人新興項目的人員共同分享跨平臺構建工具、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，將精力集中在開發(fā)創(chuàng)新的應用程序上。
此外，不斷成長的NAO社團以強大的創(chuàng)新能力為特色，也可令用戶受益匪淺。
機器人及其相關應用程序仍屬新興的研究領域。
如要共同探索未來的應用程序，就有必要在我們的用戶社區(qū)內與其他成員不斷溝通與交流。
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