NAO機器人在《運動控制概論》實驗教學中的應用

王曉軍等

【摘要】運動控制系統在工業自動化行業中應用十分廣泛。本文首先論述了《運動控制概論》〉課程的重要性；其次為了鍛煉學生的動手實踐能力，本文對課程實驗的改進進行了一定的探索。本課程首次引入了NAO機器人作為實驗對象，該機器人具有平臺開放、配置靈活等特點，可以讓學生在聲音識別、動作規劃、圖像處理等方面進行全方位學習，更為深刻地理解運動控制概論的主要內容，最終在掌握課程知識的同時，培養獨立思考、勇于實踐的能力，提高教學效果。

【關鍵詞】運動控制 實驗 NAO機器人

【Abstract】In this paper， the importance of the Motion Control Theory course is analyzed because of the vast application of the motion control in the industrial automation. Further， the related experiments improvement is also discussed， which can strengthen the application ability of the students. And NAO robot is introduced into the experiments to improve the experimental performance. The robot is of free open platform， flexible configuration， and can be used on the sound identification， motion planning， image processing， etc. Application of the NAO robot can not only help students learn the course knowledge better， but also cultivate the ability of independent thinking and practice， which can improve the teaching effect finally.

【Keywords】Motion Control， experiment， NAO robot

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）10-0210-01

1.引言

現代工業中，隨著對生產效率以及作業安全的要求不斷越高，自動化系統得到了越來越廣泛的應用。運動控制系統是自動化行業中保證機床、機器人及各類先進裝備高質高效運行的關鍵環節，運動控制技術是裝備領域和制造行業的核心技術[1]。隨著運動控制的快速發展，培養具有相關領域知識的專業人才也迫在眉睫。《運動控制概論》作為一門綜合性課程，包括了計算機技術、電機學、電力電子、信號檢測以及自動控制等學科知識，內容豐富、知識點多，可以讓學生全面地學習運動控制的各方面內容。此外，課程實驗可以有效地幫助學生鍛煉動手能力、理論聯系實際，更好地掌握課程的重要內容，所以如何更好地提高實驗教學效果顯得尤為重要。

本文重點介紹NAO機器人在課程實驗環節的應用。首先介紹NAO機器人的基本特點；然后描述NAO機器人實驗內容；最后總結NAO機器人實驗達到的教學效果。

2.NAO機器人簡介

NAO機器人擁有25個自由度，動作靈活，如圖1所示。NAO機器人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。NAO機器人提供了一個全開放的實驗平臺，可以從聲音識別、圖像處理、動作規劃、步態控制等方面進行實驗研究，可以讓學生從運動控制的各個方面進行更為深入的理解和學習。

3.NAO機器人實驗

針對運動控制的主要內容，本課程設計了8個學時的課內實驗。由于學生是第一次接觸NAO機器人，所以首先利用2個學時對NAO機器人進行一次系統的介紹，讓學生對該機器人有基本的了解。然后從語音識別、動作規劃、圖像功能三個方面分別進行2個學時的實驗學習。

①語音識別實驗。掌握利用瀏覽器登陸機器人主頁面，進行基本配置；掌握利用Choregraphe軟件實現NAO機器人的基本語音編程。

②動作規劃實驗。掌握利用Choregraphe軟件的時間軸指令盒，控制NAO機器人的動作和姿態；掌握利用Choregraphe軟件的時間軸錄像功能，進行動作規劃。

③圖像功能實驗。利用Choregraphe軟件，可以實現NaO機器人識別人臉的個數，然后利用機器人自帶的攝像頭實現拍照功能。

4.NAO機器人實驗效果

實驗前，在NAO機器人上安裝一些基本的應用，比如對話，行走等等，可以和學生進行基本的互動，提高學生對課程實驗的興趣。

實驗中，針對運動控制的不同知識點，分別安排了針對性的實驗。學生在實驗中除了要學習基本的NAO機器人軟件操作外，更重要的是要根據已學的知識來完成實驗內容。過程中除了自己查找資料外，還可以采用小組討論的形式，加深了對運動控制的理解。

實驗后，每位同學都需要根據自己實驗的具體過程，撰寫實驗報告，一方面可以有效地理解實驗目的以及實驗要求，另一方面可以深入掌握實驗內容。

5.總結

運動控制作為現代工業自動化發展中的重要一環，得到了十分廣泛的應用。本文分析了《運動控制概論》課程的重要性，以及探索實驗效果改進的必要性。通過NAO機器人實驗對象的引入，顯著地提高了學生的學習積極性；使學生在實驗過程中深入掌握課程重要內容的同時，鍛煉了獨立思考以及動手實踐的能力；進一步可以為以后的工作實踐打下良好的基礎。NAO機器人在實驗環節的引入，極大提高了課程的整體教學效果。

參考文獻：

[1]班華， 李長友. 運動控制系統[M]. 電子工業出版社， 2012.

[2]王永林. 運動控制課程教學改革研究 [J]. 中國教育技術裝備， 2012（30）.

[3]韋忠海. 運動控制系統課程實驗教學改革探究[J]. 科教導刊（上旬刊）， 2013（7）.

作者簡介：

王曉軍（1978-），男，河北省秦皇島市人，博士，高級工程師，主要研究方向：運動控制。