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1、NAO仿人機器人實驗室建設方案阿爾德巴蘭機器人貿易（上海）有限公司地址：上海市黃浦區延安東路550號海洋大廈913室姓名：王阿喬電話：Email：網址：目錄NAO機器人實驗室建設背景3機器人實驗室建設背景3NAO機器人性能介紹3NAO機器人實驗室建設規劃5場地需求5空間布置設計5設備列表及其預算6NAO機器人實驗室教學模式探討7針對NAO機器人可開展的教學課程7針對NAO機器人可開展的科研項目9針對NAO機器人可開展的競賽項目13課外增值活動14提供資料介紹14NAO機器人實驗室建設背景機器人實驗室建設背景工程教育作為教育的一個重要組成部分，隨著科學技術的發展越來越具有其特殊性，創新工程教育已2、經成為時代主題。從教學課程體系而言，就是要將工程學科各個專業的專業基礎課和專業課的教學和實驗放到某個具體的、典型的工程對象中進行，而不是分割教學、分割實踐，而機器人作為一個典型的工程對象和系統，涵蓋了計算機、電子、單片機、通信、機械等各個學科的知識內容。能夠使學生理解各個學科、專業、課程之間的內在聯系，整體和部分之間聯系，讓學生不僅了解基礎的教育機器人的知識，同時可以在一定的基礎上進行競賽機器人的一些培訓。仿人機器人本身具備的更容易接受的外形、更易于交互、更自然的身體語言、更加與周圍環境相適應等特點，使得仿人機器人具備更高的科研和學術價值，更加容易吸引學生的學習星期，也是最全面的機器人技術的綜3、合體。而且相比于非人形的機器人更加具備教學和競賽的可操作性。NAO機器人性能介紹擁有25個自由度，動作靈活，配有一個慣性導航儀，使它在移動時既可很好地保持平衡，也可進行空間定位。憑借其超聲波傳感器和壓力傳感器，可以探測到周圍的障礙物并繞行。它的致動器使用尖端技術，可以使其動作十分精確。擁有開放式編程構架，使分布式軟件模塊可以在一起協調運行。用戶可對其進行二次開發，可以通過操作簡便的行為編輯軟件Choregraphe，使用C+語言編程，或是通過一個豐富的應用程序接口（API），使用不同腳本語言來編程。除了可以利用高級的應用程序接口讓它行走和保持平衡外，還可以打開一個低水平的傳感器和致動器編寫程序4、，并可用自己的編碼代替已有的編碼。此外，還可以使用Microsoft Robotics Studio和Webots模擬器來確認動作序列。擁有多種嵌入式軟件。通過這些軟件，可以進行聲音合成、音響定位、探測視覺圖像及有顏色的形狀、（憑借雙通道超聲波系統）探測障礙物以及通過自身大量的發光二極管來產生視覺效果或進行互動。內部的多媒體設備（高保真揚聲器系統、擴音器系統和2個數碼攝像頭）賦予了它多種能力，包括說話、播放音樂、音響源定位及面部探測等。25自由度仿人智能機器人是一個全開放的研究平臺，該平臺可以進行語音識別與語音合成，從研究人型機器人步態、人型機器人平衡、路徑規劃、抓取物體，到視覺研究及人機互動5、（MMI）、機器人群體協作，NAO-H2504-B2A版均為當今最領先的人形機器人科研與教學平臺。同時該機器人軟件配套完善，界面友好，適用于不同層次研究人員的科研需要，在機器人學的日常教學中也能起到很大的促進作用。它還普遍用于機器人技術、人工智能、計算機科學等領域研究。該機器人平臺為國際ROBOCUP人型標準平臺組指定參賽使用平臺，該賽事是機器人屆規模最大也是影響力最大的賽事，每年一屆，今年在土耳其比賽。中國目前有資格參加國際賽的隊伍為中國科學技術大學，同濟大學兩個學校。國內ROBOCUP也使用同樣規則及平臺，國內比賽為預選賽，每年一屆，參賽隊伍含中科大、同濟大學、東華大學、西安交通大學等。國6、內購買該設備用作科研領域的除上述學校還有中國科學院深圳先進技術研究院、中國科學院合肥物質研究院、中國科學院廣東工業技術研究院、浙江大學、哈爾濱工業大學、東南大學、上海交通大學、華南理工、廈門大學、蘇州大學、山東大學、香港科技大學、香港中文大學等。NAO機器人實驗室建設規劃場地需求20m*10m的空間20m空間布置設計10m設備列表及其預算編號品名數量單價（萬）預算（萬）1NAO機器人及配套軟件109.5952NAO機器人電池100.151.53NAO機器人充電器100.151.54電腦100.775桌子（定制）100.050.56椅子200.010.27投影儀+投影幕布10.30.38擴音器27、0.050.19陳列窗20.10.210足球場地10.10.111打印機10.50.512儲物柜20.050.1總計106.9萬NAO機器人實驗室教學模式探討針對NAO機器人可開展的教學課程1.1， 課程名稱：仿人機器人技術探究適用專業：全校學生教學目標：仿人機器人的研究是一個富有挑戰的課題，也是機器人領域難題，對其研究將促進力學，控制領域新的理論和方法的出現，同事也會推動機構學、仿生學、人工智能能學科的發展。本課程主要通過對仿人機器人的介紹，讓學生了解仿人機器人的相關技術，研究及應用現狀、研究意義等相關內容；讓學生了解如何設計制作放任機器人的機械機構，以及如何設計復雜控制軟件模塊，利用仿人機8、器人進行實踐教學，增強學生的動手能力，為今后在仿人機器人領域進一步研究提供基礎。1.2， 課程名稱：仿人機器人創新實踐適用對象：全校學生教學目標：通過對仿人機器人的介紹，讓學生了解放任機器人的祥光技術、研究及應用現狀、研究意義等相關內容；讓學生明確仿人機器人領域的研究方向，對學生今后學習具有指導性作用；同時利用NAO仿人機器人平臺進行實踐教學，增強學生的動手能力和解決問題的能力，學習仿人機器人步行、傳感、人機交互等技術；通過組織仿人機器人比賽，培養學生的團隊合作精神，進一步深入了解仿人機器人。1.3，課程名稱：腦與機器人課程性質：針對機械工程、信息等專業學生教學目標：本課程分別從工科角度介紹腦9、科學和從生命科學介紹機器人技術并且引伸出腦與機器人這一交叉學科領域的最新進展，引導學生思考機器人進入社會后亟待研究的課題，激發學生對機器人技術、仿生學和認知科學的研究興趣，同事使學生了解學科交叉領域的一般研究方法。課程內容設計機器人的發展史；人腦結構與認知機理；智能機器人的感知、實現及行為決策；基于腦科學的智能機器人系統集成體系機構；智能機器人研究等多方面內容。 1.4，課程名稱：C+程序設計適用對象：計算相關專業教學目標：通過理論結合實踐的方式為NAO編寫程序，從而一步一步掌握C+程序設計1.5，課程名稱：人形機器人環境的神經網絡設計 1.6，課程名稱：An Introduction To 10、RoboticsWith NAO 1.7，課程名稱：Using NAO :Introduction to Interactive HumanoidRobotics 1.8，課程名稱：智能控制適用對象：控制科學與工程專業教學目標：學生通過該課程將對離散時間系統，寄出控制理論及人工神經網絡有了基本了解，并進一步學習如何應用這些技術解決包括系統控制等的工程問題。針對NAO機器人可開展的科研項目2.1，人形機器人室內路徑規劃NAO機器人是一個雙足仿人機器人，可以獨立自主的在有樓梯的空間里，自行導航控制，胸前有2組聲納系統，可以檢測機器人前方障礙物的距離；攝像頭可以在機器人運動時移動，相比輪式機器人，可11、以研究和學習更加復雜的運用場景例圖：德國弗萊堡大學：NAO機器人定位導航2.2，人形機器人運動控制可以外接設備如：Kinect，實現人類與機器人動作同步圖例：德國弗萊堡大學2.3，機器人手眼協調2.4，多傳感器融合NAO全身具備100多個傳感器，不同的傳感器產生不同類型且多樣化的采集數據，諸如：圖像、音頻、聲吶數據、慣性單元數據、機器人的姿態信息等，基于不同且繁多的外部數據收集傳感設備，可以進行多樣化的機器人智能回饋模式2.5，神經網絡在人形機器人中的應用2.6，基于高清視覺的人臉識別算法研究 NAO機器人具備兩個高清攝像頭，可以采集高清無壓縮視頻，并且以較低的幀率進行遠程圖像傳輸和處理，可以12、直觀回饋圖像視覺算法的結果。相比于非人形機器人，NAO機器人可以在更加適應人類環境，可以實現更加復雜的人臉識別研究。2.7，語音識別與合成在服務型機器人中的應用 NAO機器人具備4個麥克風和2個高保真揚聲器。可以非常具體的現實語音識別和合成算法的結果。2.8，服務型機器人在智能家居中的實際應用開發 NAO機器人支持多種連接方式：以太網、wifi、藍牙，鋁電池可以持續充電，NAO機器人能實現智能家居的理想遠程控制。并且相比于其他智能家居設備，NAO機器人更加適應家庭生活環境，更加易于交互。2.9，腦機接口技術在人形機器人中的應用例圖：華東理工大學：基于腦-機接口的智能機器人操控輪椅2.10，多功13、能人形機器人在自閉癥兒童康復治療過程中的案例開發人形機器人相比其他機械裝置，更加適合自閉癥這個研究應用的領域，具有人類的基本功能，可以與自閉癥兒童交流，可以通過簡單重復的肢體語言表達，訓練自閉癥兒童。2.11，基于云服務的自然語言理解NAO機器人具備4個麥克風和2個高保真揚聲器。可以非常具體的現實語音識別和合成算法的結果。可以基于大數據和云處理技術，實現自然語言理解。2.12，大數據系統下服務機器人的數據挖掘與處理針對NAO機器人可開展的競賽項目3.1，Robocup國際/中國公開賽SPL足球機器人標準平臺6VS63.2，Robocup國際/中國公開賽SPL Drop in 技術挑戰賽3.3，Robocup國際/中國公開賽仿真組3.4，江蘇省大學生機器人競賽標準平臺組高爾夫球比賽3.5，全國素質體育運動會標準平臺組高爾夫比賽3.6，ALDEBARAN Robotics公司Online Competition亞太區線上程序設計大賽3.7，機器人舞蹈賽課外增值活動4.1，科技周展示4.2，接待中小學生暑期夏令營4.3，校園活動（文藝活動，頒獎典禮，運動會）4.4，校外活動（大學生創新大賽）4.5，電視采訪（增加知名度）提供資料介紹1， NAO機器人詳細技術參數2， 相關課程教材、教學大綱3， 全球用戶共享社區網站：