智能機器人概論論文

智能機器人概論課程小論文NAO機器人的系統(tǒng)典型組成簡析學院：制造科學與工程學院班級：2012級測控技術與儀器1班姓名：張娟學號：NAO機器人的系統(tǒng)典型組成簡析NAO是法國AldebaranRobotics公司設計的一款用于高等學術教育工程的機器人。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。作為當前世界上應用最廣泛的仿人機器人，NAO機器人在音頻系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、運動系統(tǒng)和通信系統(tǒng)方面擁有著相對強大的功能，這使它能完成諸如聲源測量、人臉識別、行走攀登和無線控制等典型行為。下面以NAO為例，為大家簡要地分析NAO機器人系統(tǒng)典型組成。1.音頻系統(tǒng)音頻系統(tǒng)包括揚聲器和擴音器。NAO為Academics版本配備有4個擴音器，能播出20Hz-20kHz范圍的音頻，同時NAO配備有立體聲播送系統(tǒng)，由2個位于其耳內的揚聲器組成。音頻系統(tǒng)傳感器的數據采集都由NAOqi〔嵌入式軟件，跨平臺的分布式機器人框架，面向開發(fā)人員，用于提高、改良NAO的各項功能〕來實現。該系統(tǒng)不會直接計算NAO與聲源間的距離，而是在探測到一個聲音后，借助頭部空間中的球面坐標，在周圍空間里進行聲音定位，繼而輔助運動系統(tǒng)完成尋找聲源的任務。這和人類基于雙耳效應的聲源定位是一個道理。NAO使用4個麥克風來探測聲音，并可通過語音識別和聲音合成功能，此外，Chorégraphe軟件中包含兩個指令盒，幫助用戶在行為程序中很容易地使用該功能，如：探測、追蹤并識別人；在某個特定方向進行語音識別；遠程跟蹤平安應用程序；娛樂用應用程。NAO的語音功能可幫助用戶在電信和人機互動領域開展廣泛的研究和實驗工作。例如，用戶可把NAO用作交流工具，像對人一樣和NAO對話。2.視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)包括攝像頭、超聲波傳感器和發(fā)光二極管。機器人面部安裝了兩個相同的攝像頭，分辨率640x480，幀率30幀/秒。它們不僅可以用來識別視野里諸如球門、皮球等，并輔助繪制有深度的立體圖像，同時減少了視野被遮擋的可能性，使任務執(zhí)行的成功率遠高于單目攝像頭。NAO配備有4個超聲波傳感器，用來判斷與周圍環(huán)境中障礙物之間的距離。探測范圍為0-70cm，但是小于15cm時，由于沒有具體的距離信息，機器人只是知道有一個物體存在。機器人配備的發(fā)光二極管可用來進行視覺信息交換，每只眼睛里有8個全彩RGBLED；每只耳朵里10個16種藍色LED；胸前有1個全彩RGBLED；每只腳上有1個全彩RGBLED?？梢酝ㄟ^NAO耳部的發(fā)光二極管來跟蹤啟動進程。NAO配備了2個920p攝像頭，每秒最多可攝取30個圖像。一個攝像頭位于NAO前額，負責水平掃視。另一個位于嘴部，掃描周圍環(huán)境。用戶可通過軟件獲得NAO看到的圖片和視頻流。3.運動系統(tǒng)運動系統(tǒng)包括壓力傳感器和慣性單元。其輸出數據是以胸部為幾何中心的機器人高度和軀干運動速度的估計值，各關節(jié)都可以被分別或同時控制?？刂埔粋€關節(jié)，需要指定關節(jié)的名稱、以弧度為單位的目標角度以及到達目標角度所需的速度。NAO根據關節(jié)傳感器的反應信息，在不斷調整中保證運動平穩(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。這使得它能在多種地面上行走，還可以在不同質地的地面間轉換。通過壓力傳感器的反應信息，系統(tǒng)判斷NAO的足部是否接觸地面。NAO行走使用的是一個簡單的動態(tài)模型〔直線倒立擺〕和二次規(guī)劃，通過關節(jié)傳感器反應的信息保持穩(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向平面上的擺動。摔倒管理器可在NAO摔倒時起到一定的保護作用，其主要功能是探測NAO的質量中心是否超出了支撐多邊形，后者由機器人的足底與地面的接觸點來決定。一旦探測到機器人摔倒狀況，所有運動任務都會被終止，NAO的雙臂會根據摔倒方向采取保護姿勢，機器人的質心會降低，剛度會降至零。4.通信系統(tǒng)目前，NAO支持Wi-Fi無線上網和以太網。此外，NAO還可通過安裝在雙眼內的紅外線收發(fā)器連接到周圍的物體上。NAO與Wi-FiIEEE802.11g標準兼容，可在WPA和WEP網絡使用，從而可以連接到大多數家用和企業(yè)網絡。NAO的操作系統(tǒng)支持以太網和Wi-Fi連接。在設置Wi-Fi時，只需輸入密碼即可。NAO的聯(lián)網功能為開發(fā)其應用提供了大量空間，用戶可使用網絡上的任意一臺電腦來控制NAO或為其編程。通過IP地址，NAO可以知道自己身處何地；向NAO提出一個關于某主題的問題，它會自動鏈接到維基百科，找到并讀出相應的解釋。使用XMPP技術可遠程控制NAO并獲取其攝像頭的視頻流。NAO可憑借紅外線技術與其他NAO及其他使用紅外線的設備進行交流。用戶可設置NAO，通過紅外線交流來控制其他設備，兩個機器人NAO之間可直接交流。紅外線技術是目前最常見的設備控制方法，這使NAO很容易適應家庭自動化應用。5.設計與展望通過上面的分析可知，正是由于機器人的機械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)相互協(xié)調，才完成模擬人的感覺、手工操作、自動行走等動作任務。對于未來機器人的開展來說，僅僅在軟件上開展是遠遠不夠的，只有夯實機器人的硬件設計，不斷研究新的智能方法，才能使得機器人更加智能化，幫助完成人類在某些環(huán)境下無法完成的任務，才能帶動越來越智能的軟件的開展。當我們擁有完善的軟件和硬件以后，就應當充分地