红外通讯的类人机器人
摘 要随着机器人技术的快速发展，机器人已经大规模地进入到人们的生活和工作中，如扫地、割草、导游机器人等。Nao机器人是一款功能强大的机器人，它已经成为了教育界的明星，具有说话、行走、跳舞、识别与定位等多种功能。Nao机器人的最终目标是成为人类家庭生活中的重要伙伴。本次的课题研究主要是利用Python语言，在IDLE或者Choregraphe软件中给Nao机器人编程，利用Nao机器人官方说明文档中的红外线（ALInfrared）、运动（ALMotion）、触摸（ALTouch）、机器人姿势（ALRobotPosture）、文本转换成语音（ALTextToSpeech）等模块中的sendIpAddress()、setAngles()、goToPosture()、say()等方法，来实现对机器人的控制，让Nao机器人可以做一些简单的动作，两个机器人之间可以通过红外线来传送数据，能够进行简单的对话。通过将获取到的一个机器人全身关节的角度值发送给另外一个机器人，并执行改变关节角度值的操作指令，来实现一个机器人模仿另一个机器人动作的功能。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 Nao机器人研究现状 2
1.3 课题主要研究内容 2
1.4 论文结构安排 3
1.5 本章小结 3
第2章 Nao机器人的简介及编程 4
2.1 Nao机器人的简介 4
2.2 编程语言及开发环境 5
2.2.1 Python 5
2.2.2 Choregraphe软件 6
2.3 Nao机器人的编程 7
2.3.1 NAOqi操作系统简介 7
2.3.2 Python接口 7
2.3.3 NAOqi内核模块 7
2.3.4 NAOqi动作模块 8
2.3.5 NAOqi音频模块 11
2.3.6 NAOqi传感器模块 12
2.4 本章小结 14
第3章 Nao机器人的红外线通信技术 15
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/> 3.1 红外线通信技术简介 15
3.2 Nao 机器人的红外线装置 16
3.3 Nao 机器人与红外线设备之间的通信 17
3.4 两个Nao机器人之间的红外线通信 18
3.5 本章小结 20
第4章 程序设计与实现 21
4.1更改Nao机器人交互的方式 21
4.2主要功能介绍 21
4.3 部分功能的程序实现 23
4.4 功能实现效果图片 26
4.5本章小结 29
第五章 总结与展望 30
5.1 总结 30
5.2 课题展望 31
参考文献 32
致谢 34
附录 35
英文文献 35
中文翻译 44
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
机器人拥有类人功能，具有感知、行走、说话、完成各种不同动作的功能。机器人是可以被编程的，智能机器人具有学习能力、感知周围环境、可以像人类一样拥有情感、可以对外界做出逻辑思维判断[1]。在机器人学中，追求的最高理想阶级就是智能机器人。机器人技术的快速发展是由于科学技术蓬勃发展而产生的一个综合性结果，也是人类自身发展和社会进步需求的必然结果。机器人技术将会对社会经济的发展产生深远的影响。
机器人的发展可以分为两个部分：服务型机器人和工业型机器人。二十世纪，在自动化控制领域中，取得的最大成就便是机器人技术的进步与应用。在现代的工业化生产制造中，机器人已经获得了广泛的应用。二十一世纪以后，人们可以深切地感受到，各种类型的机器人已经深入到了生产、生活以及社会中。将电影中具有学习和思考能力、可以与人进行沟通交流、能够主动适应外界环境的机器人变成现实已不再是不可能[2]。
目前，大规模的服务型机器人已经进入到了人们的日常生活中，如家庭、办公室、医院等环境。机器人既能够独立地完成命令任务，也可以在接受人的指导下，或者与人协调合作完成任务。服务型机器人将会更加广泛地替代人类去做各种各样的事情，将人类从工作中更大程度地解放出来。近几年市场中已经出现了很多担任扫地、割草、导游、保姆等职责的各种智能化的专业机器人。
随着时代的发展，各个国家老龄化问题越来越严重，越来越多的老人需要照顾，而且社会保障和服务的需求也将更加紧迫。老龄化的家庭结构、快节奏的生活方式、巨大的工作压力，这些无疑都会造成很多青年家庭的压力增大，而且他们陪伴孩子的时间也会越来越少，而这些都将会把家庭服务型机器人推向更广大的市场[3]。
曾有科学家预言，在未来的几十年里，人类家庭生活中出现的最大变化将会是机器人的普及，家庭式服务型机器人将会出现在人们生活中的各个角落，在人们的日常生活中扮演着更加重要的角色，承担更多的工作。
1.2 Nao机器人研究现状
Nao机器人能够行走，可以听人说话甚至与人交谈，还能记住并识别人脸。Nao机器人在2006 年诞生之后一直不断改进，外形越发讨人喜欢，越来越了解人类，能够帮人散心,让人们的生活变得更加美好。Nao机器人立志要有朝一日能够成为人类真正的朋友，可以在不久的将来普遍出现在人们的日常生活中。
目前，Nao机器人还没有真正地进入到人们的家庭中，但是它已经在教育领域成为了一个耀眼的明星。Nao机器人广泛地分布在七十多个国家里，它已经登上了中学和大学的科学实验课堂。Nao拥有表现力惊人、功能非常强大的应用程序创建平台，可以将大量的人类设想变成现实。在许多大学里有专门研究Nao机器人的科学实验室，实验室里的学生们学习如何给Nao机器人编程，让它实现讲话、跳舞、抓取小物体、跟踪人脸、从人脸表情判别喜怒哀乐等功能[4]。
目前，Nao机器人在科学研究领域已经取得了很大的成就，例如可以通过体态感知设备Kinect，获取其目标区域范围内的人物的相关体态信息，然后根据采集到的数据设置机器人各个相应关节的角度值，便可以实现让Nao机器人实时地模仿人的动作[5]。Nao机器人在定位与目标识别研究中也颇有成就[6]，在机器人世界杯足球比赛中，Nao机器人通过调用摄像头获取球场的实时数据信息，运用数字图像处理算法获取球场中的目标，例如球、球门、白线等位置，从而进行足球比赛[7]。Nao机器人甚至还能够参与到对自闭症患者的干预治疗中，大量的实验结果表明，与普通教学治疗课堂相比，在Nao机器人的人机互动干预治疗过程中，自闭症患者的自闭症状行为不断减少，其症状能得到更加有效的缓解和控制[8]。
1.3 课题主要研究内容
本课题研究的主要内容是学习给Nao机器人编程，学习简单的Python语言，在Nao机器人的官方学习文档中，学习一些基本的用于编程的模块与方法，例如能让机器人做一些简单的动作、说话、全身传感器的使用与相关数据的获取等，学习编程软件Choregraphe软件和IDLE(Python GUI)软件的使用。重点是研究Nao机器人的红外线数据传输功能，让Nao机器人可以遥控红外线设备、或者让两个Nao机器人之间通过红外线传输数据，从而可以让一个Nao机器人模仿另外一个Nao的动作。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 Nao机器人研究现状 2
1.3 课题主要研究内容 2
1.4 论文结构安排 3
1.5 本章小结 3
第2章 Nao机器人的简介及编程 4
2.1 Nao机器人的简介 4
2.2 编程语言及开发环境 5
2.2.1 Python 5
2.2.2 Choregraphe软件 6
2.3 Nao机器人的编程 7
2.3.1 NAOqi操作系统简介 7
2.3.2 Python接口 7
2.3.3 NAOqi内核模块 7
2.3.4 NAOqi动作模块 8
2.3.5 NAOqi音频模块 11
2.3.6 NAOqi传感器模块 12
2.4 本章小结 14
第3章 Nao机器人的红外线通信技术 15
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/> 3.1 红外线通信技术简介 15
3.2 Nao 机器人的红外线装置 16
3.3 Nao 机器人与红外线设备之间的通信 17
3.4 两个Nao机器人之间的红外线通信 18
3.5 本章小结 20
第4章 程序设计与实现 21
4.1更改Nao机器人交互的方式 21
4.2主要功能介绍 21
4.3 部分功能的程序实现 23
4.4 功能实现效果图片 26
4.5本章小结 29
第五章 总结与展望 30
5.1 总结 30
5.2 课题展望 31
参考文献 32
致谢 34
附录 35
英文文献 35
中文翻译 44
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
机器人拥有类人功能，具有感知、行走、说话、完成各种不同动作的功能。机器人是可以被编程的，智能机器人具有学习能力、感知周围环境、可以像人类一样拥有情感、可以对外界做出逻辑思维判断[1]。在机器人学中，追求的最高理想阶级就是智能机器人。机器人技术的快速发展是由于科学技术蓬勃发展而产生的一个综合性结果，也是人类自身发展和社会进步需求的必然结果。机器人技术将会对社会经济的发展产生深远的影响。
机器人的发展可以分为两个部分：服务型机器人和工业型机器人。二十世纪，在自动化控制领域中，取得的最大成就便是机器人技术的进步与应用。在现代的工业化生产制造中，机器人已经获得了广泛的应用。二十一世纪以后，人们可以深切地感受到，各种类型的机器人已经深入到了生产、生活以及社会中。将电影中具有学习和思考能力、可以与人进行沟通交流、能够主动适应外界环境的机器人变成现实已不再是不可能[2]。
目前，大规模的服务型机器人已经进入到了人们的日常生活中，如家庭、办公室、医院等环境。机器人既能够独立地完成命令任务，也可以在接受人的指导下，或者与人协调合作完成任务。服务型机器人将会更加广泛地替代人类去做各种各样的事情，将人类从工作中更大程度地解放出来。近几年市场中已经出现了很多担任扫地、割草、导游、保姆等职责的各种智能化的专业机器人。
随着时代的发展，各个国家老龄化问题越来越严重，越来越多的老人需要照顾，而且社会保障和服务的需求也将更加紧迫。老龄化的家庭结构、快节奏的生活方式、巨大的工作压力，这些无疑都会造成很多青年家庭的压力增大，而且他们陪伴孩子的时间也会越来越少，而这些都将会把家庭服务型机器人推向更广大的市场[3]。
曾有科学家预言，在未来的几十年里，人类家庭生活中出现的最大变化将会是机器人的普及，家庭式服务型机器人将会出现在人们生活中的各个角落，在人们的日常生活中扮演着更加重要的角色，承担更多的工作。
1.2 Nao机器人研究现状
Nao机器人能够行走，可以听人说话甚至与人交谈，还能记住并识别人脸。Nao机器人在2006 年诞生之后一直不断改进，外形越发讨人喜欢，越来越了解人类，能够帮人散心,让人们的生活变得更加美好。Nao机器人立志要有朝一日能够成为人类真正的朋友，可以在不久的将来普遍出现在人们的日常生活中。
目前，Nao机器人还没有真正地进入到人们的家庭中，但是它已经在教育领域成为了一个耀眼的明星。Nao机器人广泛地分布在七十多个国家里，它已经登上了中学和大学的科学实验课堂。Nao拥有表现力惊人、功能非常强大的应用程序创建平台，可以将大量的人类设想变成现实。在许多大学里有专门研究Nao机器人的科学实验室，实验室里的学生们学习如何给Nao机器人编程，让它实现讲话、跳舞、抓取小物体、跟踪人脸、从人脸表情判别喜怒哀乐等功能[4]。
目前，Nao机器人在科学研究领域已经取得了很大的成就，例如可以通过体态感知设备Kinect，获取其目标区域范围内的人物的相关体态信息，然后根据采集到的数据设置机器人各个相应关节的角度值，便可以实现让Nao机器人实时地模仿人的动作[5]。Nao机器人在定位与目标识别研究中也颇有成就[6]，在机器人世界杯足球比赛中，Nao机器人通过调用摄像头获取球场的实时数据信息，运用数字图像处理算法获取球场中的目标，例如球、球门、白线等位置，从而进行足球比赛[7]。Nao机器人甚至还能够参与到对自闭症患者的干预治疗中，大量的实验结果表明，与普通教学治疗课堂相比，在Nao机器人的人机互动干预治疗过程中，自闭症患者的自闭症状行为不断减少，其症状能得到更加有效的缓解和控制[8]。
1.3 课题主要研究内容
本课题研究的主要内容是学习给Nao机器人编程，学习简单的Python语言，在Nao机器人的官方学习文档中，学习一些基本的用于编程的模块与方法，例如能让机器人做一些简单的动作、说话、全身传感器的使用与相关数据的获取等，学习编程软件Choregraphe软件和IDLE(Python GUI)软件的使用。重点是研究Nao机器人的红外线数据传输功能，让Nao机器人可以遥控红外线设备、或者让两个Nao机器人之间通过红外线传输数据，从而可以让一个Nao机器人模仿另外一个Nao的动作。
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