NAO机器人在《运动控制概论》实验教学中的应用

王晓军等

【摘要】运动控制系统在工业自动化行业中应用十分广泛。本文首先论述了《运动控制概论》〉课程的重要性；其次为了锻炼学生的动手实践能力，本文对课程实验的改进进行了一定的探索。本课程首次引入了NAO机器人作为实验对象，该机器人具有平台开放、配置灵活等特点，可以让学生在声音识别、动作规划、图像处理等方面进行全方位学习，更为深刻地理解运动控制概论的主要内容，最终在掌握课程知识的同时，培养独立思考、勇于实践的能力，提高教学效果。

【关键词】运动控制 实验 NAO机器人

【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

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0210-01

1.引言

现代工业中，随着对生产效率以及作业安全的要求不断越高，自动化系统得到了越来越广泛的应用。运动控制系统是自动化行业中保证机床、机器人及各类先进装备高质高效运行的关键环节，运动控制技术是装备领域和制造行业的核心技术[1]。随着运动控制的快速发展，培养具有相关领域知识的专业人才也迫在眉睫。《运动控制概论》作为一门综合性课程，包括了计算机技术、电机学、电力电子、信号检测以及自动控制等学科知识，内容丰富、知识点多，可以让学生全面地学习运动控制的各方面内容。此外，课程实验可以有效地帮助学生锻炼动手能力、理论联系实际，更好地掌握课程的重要内容，所以如何更好地提高实验教学效果显得尤为重要。

本文重点介绍NAO机器人在课程实验环节的应用。首先介绍NAO机器人的基本特点；然后描述NAO机器人实验内容；最后总结NAO机器人实验达到的教学效果。

2.NAO机器人简介

NAO机器人拥有25个自由度，动作灵活，如图1所示。NAO机器人拥有开放式编程构架，使分布式软件模块可以在一起协调运行。NAO机器人提供了一个全开放的实验平台，可以从声音识别、图像处理、动作规划、步态控制等方面进行实验研究，可以让学生从运动控制的各个方面进行更为深入的理解和学习。

3.NAO机器人实验

针对运动控制的主要内容，本课程设计了8个学时的课内实验。由于学生是第一次接触NAO机器人，所以首先利用2个学时对NAO机器人进行一次系统的介绍，让学生对该机器人有基本的了解。然后从语音识别、动作规划、图像功能三个方面分别进行2个学时的实验学习。

①语音识别实验。掌握利用浏览器登陆机器人主页面，进行基本配置；掌握利用Choregraphe软件实现NAO机器人的基本语音编程。

②动作规划实验。掌握利用Choregraphe软件的时间轴指令盒，控制NAO机器人的动作和姿态；掌握利用Choregraphe软件的时间轴录像功能，进行动作规划。

③图像功能实验。利用Choregraphe软件，可以实现NaO机器人识别人脸的个数，然后利用机器人自带的摄像头实现拍照功能。

4.NAO机器人实验效果

实验前，在NAO机器人上安装一些基本的应用，比如对话，行走等等，可以和学生进行基本的互动，提高学生对课程实验的兴趣。

实验中，针对运动控制的不同知识点，分别安排了针对性的实验。学生在实验中除了要学习基本的NAO机器人软件操作外，更重要的是要根据已学的知识来完成实验内容。过程中除了自己查找资料外，还可以采用小组讨论的形式，加深了对运动控制的理解。

实验后，每位同学都需要根据自己实验的具体过程，撰写实验报告，一方面可以有效地理解实验目的以及实验要求，另一方面可以深入掌握实验内容。

5.总结

运动控制作为现代工业自动化发展中的重要一环，得到了十分广泛的应用。本文分析了《运动控制概论》课程的重要性，以及探索实验效果改进的必要性。通过NAO机器人实验对象的引入，显著地提高了学生的学习积极性；使学生在实验过程中深入掌握课程重要内容的同时，锻炼了独立思考以及动手实践的能力；进一步可以为以后的工作实践打下良好的基礎。NAO机器人在实验环节的引入，极大提高了课程的整体教学效果。

参考文献：

[1]班华， 李长友. 运动控制系统[M]. 电子工业出版社， 2012.

[2]王永林. 运动控制课程教学改革研究 [J]. 中国教育技术装备， 2012（30）.

[3]韦忠海. 运动控制系统课程实验教学改革探究[J]. 科教导刊（上旬刊）， 2013（7）.

作者简介：

王晓军（1978-），男，河北省秦皇岛市人，博士，高级工程师，主要研究方向：运动控制。