智能機(jī)器人概論論文

智能機(jī)器人概論課程小論文NAO機(jī)器人的系統(tǒng)典型組成簡(jiǎn)析學(xué)院：制造科學(xué)與工程學(xué)院班級(jí)：2012級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器1班姓名：張娟學(xué)號(hào)：NAO機(jī)器人的系統(tǒng)典型組成簡(jiǎn)析NAO是法國(guó)AldebaranRobotics公司設(shè)計(jì)的一款用于高等學(xué)術(shù)教育工程的機(jī)器人。它擁有討喜的外形，可具備一定程度的人工智能和情感智商，能夠和人親切互動(dòng)。作為當(dāng)前世界上應(yīng)用最廣泛的仿人機(jī)器人，NAO機(jī)器人在音頻系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)方面擁有著相對(duì)強(qiáng)大的功能，這使它能完成諸如聲源測(cè)量、人臉識(shí)別、行走攀登和無(wú)線控制等典型行為。下面以NAO為例，為大家簡(jiǎn)要地分析NAO機(jī)器人系統(tǒng)典型組成。1.音頻系統(tǒng)音頻系統(tǒng)包括揚(yáng)聲器和擴(kuò)音器。NAO為Academics版本配備有4個(gè)擴(kuò)音器，能播出20Hz-20kHz范圍的音頻，同時(shí)NAO配備有立體聲播送系統(tǒng)，由2個(gè)位于其耳內(nèi)的揚(yáng)聲器組成。音頻系統(tǒng)傳感器的數(shù)據(jù)采集都由NAOqi〔嵌入式軟件，跨平臺(tái)的分布式機(jī)器人框架，面向開(kāi)發(fā)人員，用于提高、改良NAO的各項(xiàng)功能〕來(lái)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)不會(huì)直接計(jì)算NAO與聲源間的距離，而是在探測(cè)到一個(gè)聲音后，借助頭部空間中的球面坐標(biāo)，在周圍空間里進(jìn)行聲音定位，繼而輔助運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)完成尋找聲源的任務(wù)。這和人類基于雙耳效應(yīng)的聲源定位是一個(gè)道理。NAO使用4個(gè)麥克風(fēng)來(lái)探測(cè)聲音，并可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別和聲音合成功能，此外，Chorégraphe軟件中包含兩個(gè)指令盒，幫助用戶在行為程序中很容易地使用該功能，如：探測(cè)、追蹤并識(shí)別人；在某個(gè)特定方向進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別；遠(yuǎn)程跟蹤平安應(yīng)用程序；娛樂(lè)用應(yīng)用程。NAO的語(yǔ)音功能可幫助用戶在電信和人機(jī)互動(dòng)領(lǐng)域開(kāi)展廣泛的研究和實(shí)驗(yàn)工作。例如，用戶可把NAO用作交流工具，像對(duì)人一樣和NAO對(duì)話。2.視覺(jué)系統(tǒng)視覺(jué)系統(tǒng)包括攝像頭、超聲波傳感器和發(fā)光二極管。機(jī)器人面部安裝了兩個(gè)相同的攝像頭，分辨率640x480，幀率30幀/秒。它們不僅可以用來(lái)識(shí)別視野里諸如球門、皮球等，并輔助繪制有深度的立體圖像，同時(shí)減少了視野被遮擋的可能性，使任務(wù)執(zhí)行的成功率遠(yuǎn)高于單目攝像頭。NAO配備有4個(gè)超聲波傳感器，用來(lái)判斷與周圍環(huán)境中障礙物之間的距離。探測(cè)范圍為0-70cm，但是小于15cm時(shí)，由于沒(méi)有具體的距離信息，機(jī)器人只是知道有一個(gè)物體存在。機(jī)器人配備的發(fā)光二極管可用來(lái)進(jìn)行視覺(jué)信息交換，每只眼睛里有8個(gè)全彩RGBLED；每只耳朵里10個(gè)16種藍(lán)色LED；胸前有1個(gè)全彩RGBLED；每只腳上有1個(gè)全彩RGBLED?？梢酝ㄟ^(guò)NAO耳部的發(fā)光二極管來(lái)跟蹤啟動(dòng)進(jìn)程。NAO配備了2個(gè)920p攝像頭，每秒最多可攝取30個(gè)圖像。一個(gè)攝像頭位于NAO前額，負(fù)責(zé)水平掃視。另一個(gè)位于嘴部，掃描周圍環(huán)境。用戶可通過(guò)軟件獲得NAO看到的圖片和視頻流。3.運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括壓力傳感器和慣性單元。其輸出數(shù)據(jù)是以胸部為幾何中心的機(jī)器人高度和軀干運(yùn)動(dòng)速度的估計(jì)值，各關(guān)節(jié)都可以被分別或同時(shí)控制?？刂埔粋€(gè)關(guān)節(jié)，需要指定關(guān)節(jié)的名稱、以弧度為單位的目標(biāo)角度以及到達(dá)目標(biāo)角度所需的速度。NAO根據(jù)關(guān)節(jié)傳感器的反應(yīng)信息，在不斷調(diào)整中保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，免受各種干擾的影響，并由此抵消軀干在向前和橫向平面里的擺動(dòng)。這使得它能在多種地面上行走，還可以在不同質(zhì)地的地面間轉(zhuǎn)換。通過(guò)壓力傳感器的反應(yīng)信息，系統(tǒng)判斷NAO的足部是否接觸地面。NAO行走使用的是一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)模型〔直線倒立擺〕和二次規(guī)劃，通過(guò)關(guān)節(jié)傳感器反應(yīng)的信息保持穩(wěn)定，保證行走的魯棒性，免受小干擾，并可吸收軀干在正向和側(cè)向平面上的擺動(dòng)。摔倒管理器可在NAO摔倒時(shí)起到一定的保護(hù)作用，其主要功能是探測(cè)NAO的質(zhì)量中心是否超出了支撐多邊形，后者由機(jī)器人的足底與地面的接觸點(diǎn)來(lái)決定。一旦探測(cè)到機(jī)器人摔倒?fàn)顩r，所有運(yùn)動(dòng)任務(wù)都會(huì)被終止，NAO的雙臂會(huì)根據(jù)摔倒方向采取保護(hù)姿勢(shì)，機(jī)器人的質(zhì)心會(huì)降低，剛度會(huì)降至零。4.通信系統(tǒng)目前，NAO支持Wi-Fi無(wú)線上網(wǎng)和以太網(wǎng)。此外，NAO還可通過(guò)安裝在雙眼內(nèi)的紅外線收發(fā)器連接到周圍的物體上。NAO與Wi-FiIEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)兼容，可在WPA和WEP網(wǎng)絡(luò)使用，從而可以連接到大多數(shù)家用和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。NAO的操作系統(tǒng)支持以太網(wǎng)和Wi-Fi連接。在設(shè)置Wi-Fi時(shí)，只需輸入密碼即可。NAO的聯(lián)網(wǎng)功能為開(kāi)發(fā)其應(yīng)用提供了大量空間，用戶可使用網(wǎng)絡(luò)上的任意一臺(tái)電腦來(lái)控制NAO或?yàn)槠渚幊?。通過(guò)IP地址，NAO可以知道自己身處何地；向NAO提出一個(gè)關(guān)于某主題的問(wèn)題，它會(huì)自動(dòng)鏈接到維基百科，找到并讀出相應(yīng)的解釋。使用XMPP技術(shù)可遠(yuǎn)程控制NAO并獲取其攝像頭的視頻流。NAO可憑借紅外線技術(shù)與其他NAO及其他使用紅外線的設(shè)備進(jìn)行交流。用戶可設(shè)置NAO，通過(guò)紅外線交流來(lái)控制其他設(shè)備，兩個(gè)機(jī)器人NAO之間可直接交流。紅外線技術(shù)是目前最常見(jiàn)的設(shè)備控制方法，這使NAO很容易適應(yīng)家庭自動(dòng)化應(yīng)用。5.設(shè)計(jì)與展望通過(guò)上面的分析可知，正是由于機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，才完成模擬人的感覺(jué)、手工操作、自動(dòng)行走等動(dòng)作任務(wù)。對(duì)于未來(lái)機(jī)器人的開(kāi)展來(lái)說(shuō)，僅僅在軟件上開(kāi)展是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有夯實(shí)機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)，不斷研究新的智能方法，才能使得機(jī)器人更加智能化，幫助完成人類在某些環(huán)境下無(wú)法完成的任務(wù)，才能帶動(dòng)越來(lái)越智能的軟件的開(kāi)展。當(dāng)我們擁有完善的軟件和硬件以后，就應(yīng)當(dāng)充分地