NAO机器人学习笔记（1）

1 NAO机器人硬件
1.1 红外线
红外线发射角度-60°~+60°，波长940nm.
1.2 超声波（声纳)
NAO能够探测前方0.25~2.55m内是否有障碍物，探测角度60°，超声波频率为49kHZ.
1.3 传感器
1.3.1 接触传感器
触摸、按压、划过接触传感器可以出发接触传感器产生电信号，进而完成向机器人输入信息.
头部：前中后三个触摸传感器。
手部触摸传感器，脚前部的碰撞传感器（也起到缓冲作用）。
胸前：长按、短按、连按。
开机：按胸前按钮。
报IP地址：在开机并且联网状态下，按胸前按钮。
关机：在开机状态下，按胸前按钮。
自主生活状态：连续按两次胸前按钮进入或退出。
1.3.2 惯性传感器：测量身体状态以及加速度，包括2个陀螺仪，1个加速度计。
1.3.3 位置传感器（MRE磁性编码器）：测量机器人自身关节位置，36个。
1.3.4 压力传感器：每只脚上有4个压力传感器，用来确定每只脚重心的位置。在行走过程中，NAO根据重心为在进行不太调整以保持身体平衡。
1.4 发光二极管LED
头部传感器周围：12个LED
耳部：2*10个16级蓝色LED, 眼部2*8个全彩色LED, 胸前按钮和双足各有1个RGB全彩色LED.
1.5 执行器: 包括安装在各关节处的直流电机、超声波发送器、LED等。

2 NAO关节运动模型
2.1 使用的坐标系
笛卡尔坐标系，X轴指向身体前方，Y为由右向左方向，Z轴为垂直向上方向。
2.2 关节运动分类
沿Z轴方向的旋转称为偏转(Yam), 沿Y轴的旋转称为俯仰（Pitch)，沿X轴方向的旋转称为横滚（Roll）.
2.3 关节命名规则
关节名称由 部件名 + 动作名两部分组成，例如头部左右转的关节名为HeadYam，实现抬头低头的关节名为HeadPitch.
机器人的某些简单动作由一个关节的运动即可完成，复杂的动作需要由多个关节共同完成。
2.4 关节运动范围
头部两个自由度分别控制Nao脑袋的扭转，其中控制头部关节在Z轴扭转的范围为-120°到120°，在Y轴前后运动的范围为-39°到39°；
左右手臂各有5个自由度且呈对称分布，肩关节控制Y轴前后运动的范围为-120°到120°，控制Z轴左右运动的范围为0°到95°，
肩关节控制在X轴扭转的范围为-90°到0°，
肘关节控制在Z轴运动的范围为-120°到120°，
腕关节控制在X轴扭转的范围为-105°到105°；
Nao的左右手上各有一个自由度，其控制Nao的手部的打开或合拢；
Nao左右腿的关节除髋关节和踝关节外其余均呈对称分布的，
左髋关节控制腿部在Y轴前后运动的范围为-104.5°到28.5°，
左髋关节控制腿部在X轴左右运动的范围为-25°到45°，
左踝关节控制在Y轴前后运动的范围为-70.5°到54°，
左控制X轴左右运动的范围为-45°到25°，
右髋关节控制腿部在Y轴前后运动的范围为-104.5°到28.5°，
右髋关节控制腿部在X轴左右运动的范围为-45°到25°，
右踝关节控制在Y轴前后运动的范围为-70.5°到54°，
右踝关节控制X轴左右运动的范围为-25°到45°；
膝关节控制腿部在Y轴运动的范围为-5°到125°；
髋部存在一个控制其髋部在Y轴运动的自由度，其运动范围为-65.62°到42.44°。
2.5 NAO的自由度

机器人能够独立运动的关节数目称为机器人的运动自由度。头部有两个关节，可以做偏转(Yam)和俯仰（pitch），因此，头部的自由度为2.
全身共有26个自由度。

 

3 NAOqi框架
NAOqi是NAO机器人运行的主软件，进行NAO编程主要在NAOqi框架下进行。
NAOqi提供了操作机器人的核心API，提供了数以千计的在控制运动、语音、视频等方面的函数，可以满足机器人在
资源、事件、并行、同步等方面的一般需要。尽管NAOqi的动作、音频、视频等不同模块差异很大，NAOqi使用结
构一致的数据模型来表示信息，为调用不同模块设计了相同的编程模式，各个模块与ALMemory信息共享使用相同的
结构，这些都降低了NAO程序设计的复杂性。

4 远程登陆NAO
4.1.利用WinSCP下载上传文件
启动WinSCP，在登录窗口中选择SCP协议，输入NAO的IP地址，端口号选择22，用户名和密码都填nao，点击“登录”按钮，进入WinSCP主界面。
登录后NAO的初始目录为“/var/persistent/home/nao”，与“/home/nao”目录的内容相同，用户nao对该目录具有读写权限。在WinSCP中通过在
本地文件和NAO机器人文件间简单的“拖拽”操作就可以实现文件的上传和下载。选中目录中的文件，点击右键，在弹出菜单中，可以进行删除、重命
名、更改文件属性等操作。
4.2.利用Putty远程登录NAO
启动Putty，在配置窗口中输入机器人IP地址，端口输入22（SCP协议端口），点击“打开”按钮，在弹出的窗口中输入用户名nao和密码nao，进入
NAO的远程控制状态。
监控NAOqi
NAOqi是机器人运行的主要软件。NAOqi不运行，机器人的任何行为都无法完成。在机器人启动过程中，NAOqi会自动启动，脚本/etc/init.d/naoqi管理NAOqi的启动过程。
控制NAOqi的命令包括如下4条：nao start、nao stop、nao restart和nao status。
(1) nao start命令：启动NAOqi。
(2) nao stop命令：停止NAOqi。
(3) nao restart命令：重新启动NAOqi。
(4) nao status命令：显示NAOqi运行状态。
4.3.Python库安装
pip是Python中常用的包管理工具，在NAO机器人预装的Python2.7安装包中，pip不是默认安装的。
(1)下载pip安装文件。下载地址:https://pypi.python.org/packages/source/p/pip/pip-10.0.1.tar.gz。
(2)将下载到本地的pip-10.0.1.tar.gz利用WinSCP上传到NAO的/home/nao目录下。
(3)登录Putty，使用su命令将用户由nao切换到root，密码为root。root用户对“/usr/lib/ python2.7/site-packages”目录拥有写权限。
(4)在NAO上运行如下命令：
tar -xzvf pip-10.0.1.tar.gz
cd pip-10.0.1
python setup.py install
tar是linux的解压缩命令，运行后将pip安装文件解压缩到/home/nao/pip-10.0.1目录下，文件中包括pip的安装文件setup.py。最后利用
python运行setup.py完成安装。安装完成后，可以在NAO的Python库目录“/usr/lib/python2.7/site-packages”下看到新安装的pip相关目录。