NAO机器人

目 录

一、国内外机器人发展情况

二、NAO 机器人介绍

三、NAO 机器人特殊领域应用案例：

1、导盲机器人

2、导聋机器人

3、自闭症*器人

4、其他应用领域

四、NAO 机器人在大赛中的应用：

五、NAO 机器人在教学领域的应用：

六、NAO 主要客户应用

七、公司介绍

八、附表

一、国内外机器人发展情况

机器人在受到了高度的重视，应用较为广泛，人们称赞它为电子助手。在过去十年里，

对机器人的需求增加了２０倍。早在１９８３年，法国就制订了一项“*机器人计划”，

该计划是１９８２年６月在法国凡尔赛举行的欧洲七国首脑会议及１９８３年６月在美威廉

斯堡会议确定的１８个合作项目中的一项，这是一项多功能独立机器人计划，准备十年完成，

它主要研制第三代能行走、能代替人从事繁重的体力劳动或在危险及有害环境下工作的机器

人。１９８６年，法国又根据本国情况独立地制定了一项今后十年机器人的发展计划，分三个

阶段进行，即１~２年的近期任务；２~５年的中期任务；５~１０年的长期任务。为落实这一

计划，法国政府制定了八条措施，进行了五个方面的研究，并建立了机器人部际委员会。１９

９０年初，法国机器人工业界在“我不想等到１９９２年，我要自动化”的口号下，举行了广

泛的宣传活动，目的是鼓励制造厂商们对采用机器人的可行性进行调研。由于措施得力，十几

年来，法国机器人有了长足的进步。

机器人产业是目前上增长迅速的产业之一。据统计，2012 年机器人市场销售量

达16.6 万台，比前一年销量提高38%，销售额达85 亿美金，加上系统集成和周边设备市场达

255 亿美金，中国机器人市场2011 年比2010 年增长了50%。预计，到2015 年，中国机器人的

需求量将达到3.5 万台，占总量的17.5%。2012 年4 月，科技部发布了《智能制造科技发

展“十二五”专项规划》，同时，针对机器人领域发布了《服务机器人科技发展“十二五”专项规

划》。“十二五”期间，我国将攻克一批智能化装备，发展和培育一批高技术产值超过100

亿元的核心企业。

而NAO 机器人至今已经在上百个科研机构和大学应用，涉及创新教育、机器人大赛、医疗

康复、检测领域、智能控制领域、图像处理领域等多个领域。有很多案例已经成功的应用于实

际工业生产和家庭领域等专业领域。正是这个理想的教学、科研平台的出现，弥补了高校与实

际工作的衔接。

二、机器人介绍：

A、智能机器人

构造

尺寸(高H * 深O * 宽W) 573x275x311 mm

重量5.2 kg / 11.4 lb

制作材料ABS-PC / PA-66 / XCF-30

电源

输入100 至240Vac - 50/60Hz 大1.2A；输出25.2 Vdc - 2A

电池类型 锂离子

额定电压/容量21.6V/2.15Ah

大充电电压24.9V

大充电/放电电流3.0A/2.0A

能量27.6Wh

充电用时2 小时；自主动力60 分钟(活跃使用)；90 分钟(正常使用)

2、主处理器介绍（头部）

*1、主板：

CPU：ATOM Z530，

高速缓冲存储器512KB；

时钟速度1.6GHz；

FSB 速度533MHz；

RAM1GB；

闪存2GB；

Micro SDHC 卡8GB；

*2、视觉传感器：

摄像头前额2 个

传感器型号MT9Ml14

传感器类型SoC 图像传感器

成像阵列：

分辨率1.22MP

光学格式1/6 inch

有效像素( HxV) 1288x968

灵敏度：

像素大小1.9um

动态范围70dB

信号/1 噪声比(大) 37dB

响应度2.24 V/lux-sec(960p)

8.96V/lux-sec (VGA)

摄像头输出960p030fps

数据格式YUV422

视图视野72.6° DFOV (60.9°HFOV, 47.6VFOV)

对焦范围30cm -无限大

对焦类型：固定对焦

*3、网络连接：

以太网 1×RJ45 - 10/100/1000 BASE T；

WIFI 无线连接 IEEE 802.11b/g

3、身体结构介绍

*1、自由度：25 个

*2、电机：

1 型电机型号22NT82213P

空载转速8300rpm ±10%

堵转转矩68mNm ±8%

连续转矩大16.1mNm

2 型电机型号17N88208E

空载转速400rpm ±12%

堵转转矩9.4mNm ±8%

连续转矩大4.9mNm

3 型电机型号16GT83210E

空载转速10700rpm ±10%

堵转转矩14.3mNm ±8%

连续转矩大6.2mNm

机器人电子架构图

4、传感器介绍

包括红外测距、超声波探测、碰撞传感器、压力感测传感器、陀螺仪、重力加速度等100

多个传感器。

*1、惯性传感器：

陀螺仪2 个，精度5% 角速度-500°/s

三轴加速计1 个，精度1%，；加速-2g

*2、压力传感器

每只脚上4 个 范围 0 至110N

*3、其他传感器：

近红外 前额2 个

接触传感器

声纳4 个

*4、位置传感器：36 个

5、图像处理系统介绍两个高清CMOS 摄像头，快速可上下切换的摄像头使NAO 能够看到自己的脚

有效像素：1288x968

像素大小1.9um

摄像头输出960p / 30fps(每秒30 帧)

6、语音处理系统介绍

机器人有四个麦克风，分布在前后左右，可以完成声音定位。同时可以完成9 个国家的语

言的对话交流。

7、机器人编程软件介绍

NAO 机器人支持C++、JAVA、Matlab 等10 多种编程语言，基本涵盖了所有学科的编程语

言。同时，NAO 自身携带四套开发软件，使机器人开放性更好，更加强大。

8、NAO 机器人在机电一体化领域的应用

NAO 机器人脚踝关节，即有两个瑞士Maxon 空心杯电机组成的机器人的一只脚，采用可拆

卸结构设计，便于学生进行拆装训练。脚踝关节的 Solidworks 三维文件*开放，便于学生

进行数学建模；脚踝关节的电路部分*开放，便于学生进行电机控制及算法研发。

配套教学大纲

机器人实验室的主要教学方式是实验课。因此实验指导书处在重要的位置。按一门课程

32 学时计算，设计3-4 个分项实验，涉及机械、控制、传感多方面，再加上1-2 个综合性实

验或者开放性实验。并且这些实验应该是高校线教师所设计，而非公司设计的。下面为某

高校教授专门针对机器人开展的《机器人技术及实践》课程所设计的教学大纲：

《机器人技术及实践》教学大纲

T课程编号T ： T课程名称T ： T学分/学时T：2/48(实验:30)

T英文名称T ：Robot Technique and Practice

T考核方式T：考查 T大纲执笔人T： T大纲审核人T：

T适用专业T ：全校各专业

T先修课程T ：机械设计基础，计算机程序设计基础(C语言或汇编)

－ 、教学基本目标

本课程是面向工科学生的工程技术实践选修课。学生通过本课程的学习和训练，应了解有关机器人技术

方面的基本知识，掌握机器人学所涉及的技术的基本原理和方法，并以“NAO 智能机器人系列”为例，

自主完成从安装到编程控制，完成执行任务的实践训练过程，有助于培养学生学习的兴趣和创新意识，

并得到先机器人技术开发的实践技能训练。

二、学习收获

1、了解机器人技术的基本概念以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等技术。

2、初步掌握机器人的运动学原理、动力学原理和基于智能机器人的控制理论，并受到实践训练。

3、通过学习和训练，具体掌握基于C++,或者Choregraphe 的机器人控制技术，并完成使机器人独

立执行一定的任务。

三、内容提要与要求

部分 理论教学

章 概论

教学内容：

1-1 机器人的发展历史。

1-2 机器人发展现状和趋势。

教学要求：

1、了解机器人学的概念、主要方法和应用。

2、掌握机器人的设计原则和控制方法，并相关学科的知识。

第二章 机器人本体的机械结构

教学内容：

2-1 机器人的概念和分类。

2-2 机器人外形结构与运动 。

2-3 驱动机构电机的控制方法。

教学要求：

1、了解机器人的概念、分类及应用。

2、了解机器人的外形结构、运动方式及自由度。

3、掌握驱动机构的类型和方法。

第三章 机器人的数学基础

教学内容：

3-1 位置和姿态的表示 。

3-2 坐标变换及方程的建立。

教学要求：

1、初步掌握对机器人运动学和动力学的数学描述方法。

2、初步掌握齐次坐标及其变换方法。

第四章 机器人的控制和编程

教学内容：

4-1 智能机器人的简介。

4-2 行走机器人的控制和编程。

教学要求：

1、初步掌握NAO 机器人的控制原理。

2、初步掌握NAO 机器人的编程语言。

第二部分 实践训练

内容： 1、NAO 机器人结构认识训练。

2、NAO 机器人装配与改装。

3、编程和项目训练。

要求：1、写出综述报告及实验报告和设计方案论证报告。

2、实践训练过程分组进行，全部训练基本由学生独立完成。

四、教学进度

（1）理论教学部分

课次 课程内容 讲课时数

1 机器人技术绪论 2

2 机器人的发展历史、现状和趋势 2

3 机器人本体的机械结构 2

4 机器人的机构组成及自由度的计算 2

5 机器人运动学分析 2

6 机器人的控制 2

7 NAO 机器人系统 2

8 NAO 机器人主要功能 2

9 NAO 机器人编程及传感器的应用 2

（2）实践训练部分

训练内容 训练时数

NAO 人形机器人结构认识及组装训练 10

机器人装配及行走正方形实践训练 10

机器人装配及躲开障碍物的实践训练 10

五、教学方式

理论教学集中进行，实践训练分组进行。

六、教材或参考书

教材：机器人学 （作者:张铁, 华南理工出版, 2003 年 一版）

参考书：

1、机器人学（蔡自兴等.清华大学出版社.2000 年）

2、机器人基础（孙学检.石油大学出版社.1999 年）

七、学生成绩评定方法

1、根据学生平时成绩（ 20% ）、综述报告（ 40% ）和实验报告（ 40% ），三部分结果综合评定成

绩（优、良、中、及格和不及格）。

2、课程学习结束后，学生需交付“机器人课程及实践训练报告”包括：（1）专题综述报告；（2）机器人

实验报告。

六、主要应用客户：

1、国内客户

中国科学技术大学

上海交通大学

浙江大学

同济大学

东华大学

上海第二工业大学

北京邮电大学

北京理工大学

北京师范大学

哈尔滨工业大学

大连理工大学

东北大学

山东大学

兰州大学

西安交通大学

电子科技大学

华中科技大学

国防科技大学

中国农业大学

北京航空航天大学

北京科技大学

军事医学科学院

第二炮兵工程学院

广东工业大学

鲁东大学

合肥工业大学

中科院深圳*技术研究院

中科院合肥物质研究所

中科院广东工程中心