仿人機器人實訓教程（簡體書）

本書旨在培養學生分析和解決複雜問題能力、動手實踐能力、空間感知能力、數理邏輯、想象力和創造力等。本書主要以 NAO 機器人為例，介紹仿人機器人的發展史、理論基礎和編程方法，總結仿人機器人實踐教學和競賽培訓經驗，梳理豐富的實訓案例。本書以圖形化編程為開端，引入 Python 編程，提供大量的代碼示例，對仿人機器人進行深入解析，具有層次性，可引導編程零基礎或機器人零基礎的學生了解仿人機器人的基本理論和技術，迅速入門並掌握仿人機器人的編程技能，動手實現各種人機交互案例。

陳小橋，武漢大學電子信息學院教授級高工，現任武漢大學工程訓練與創新實踐中心主任、電子信息學院實驗教學中心主任，曾任教育部2013-2017年實驗室建設指導委員會成員。主要從事感測檢測技術、儀器儀錶及計算機應用等方面的開發與研究，主講《微機原理》、《單片機介面技術》、《電子系統綜合設計》等課程。曾獲原水利水電部科技成果四等獎、安徽省電業局科技成果二等獎以及多項原武漢水利電力大學科技成果一等獎、二等獎。參与或主持省部級、橫向項目10餘項，獲發明專利6項，實用新型專利70餘項。近五年來，主持省部級教改項目5項，主持教育部產學研項目4項，發表教學研究論文20餘篇，其中多篇教學研究論文獲武漢大學優秀論文一、二等獎，一篇獲全國高校創新聯盟優秀論文三等獎。負責武漢大學電子類學科競賽，共獲60餘項全國一等獎，並獲得全國大學生嵌入式競賽Intel杯和全國大學生電子模擬競賽TI杯，競賽水平處於全國高校領先水平。編寫教材3部，其中參編國家十一五規劃教材一部。獲湖北省教學成果一等獎1項、二等獎2項，兩次獲得武漢大學傑出教學貢獻校長獎(團體獎)，獲武漢大學首批優秀教學業績獎，2019年獲教育部寶鋼優秀教師獎。作為團隊負責人，電子類創新實踐團隊獲批2019年湖北省高校教學團隊。在其帶領下，電工電子實驗中心2004年獲批國家電工電子工科基地、2007年獲批國家電工電子實驗教學示範中心、2010年獲首批湖北省大學生創新實踐基地。

第1章 仿人機器人概述 1
1.1 機器人理論基礎 1
1.2 仿人機器人發展史 3
1.2.1 國外仿人機器人發展史 3
1.2.2 國內仿人機器人發展史 5
1.3 仿人機器人應用現狀 6
1.4 NAO機器人概述 9
第2章 仿人機器人與Python語言 14
2.1 仿人機器人常用軟件及語言 14
2.2 Python語言 14
2.2.1 Python簡介 15
2.2.2 Python基礎 15
2.2.3 控制語句 21
2.2.4 函數 23
2.2.5 類 25
2.2.6 模塊 31
2.3 Python腳本應用 34
2.3.1 隨機眼睛顏色腳本 34
2.3.2 使用Python創建指令盒 36
第3章 NAO機器人 40
3.1 NAO機器人簡介 40
3.1.1 NAO機器人的組成 40
3.1.2 NAO機器人的連接 44
3.1.3 監視器（Monitor） 48
3.2 Choregraphe軟件 51
3.2.1 菜單 51
3.2.2 指令盒庫 53
3.2.3 圖表空間 53
3.2.4 項目文件 54
3.2.5 3DNAO 55
3.2.6 姿勢庫 55
3.2.7 Choregraphe-NAO連接 56
3.2.8 指令盒 57
3.2.9 基於事件和時間的編程 60
3.2.10 指令盒庫的詳細介紹 66
3.3 NAOqi 92
3.3.1 關於NAOqi 92
3.3.2 NAOqi術語定義 92
3.3.3 NAOqi結構 93
3.3.4 使用NAOqi 97
第4章 NAO機器人的編程入門 101
4.1 Hello World 101
4.1.1 相關指令盒 101
4.1.2 語音啟動與App安裝 103
4.2 人機交互 104
4.2.1 相關指令盒 104
4.2.2 項目實現 105
4.3 機器人行走 106
4.3.1 相關指令盒 106
4.3.2 項目實現 108
4.3.3 實踐練習 108
4.4 LED的設置 109
4.4.1 相關指令盒 109
4.4.2 項目實現 110
4.5 音頻處理 113
4.6 NAOMark學習 116
4.6.1 相關指令盒 116
4.6.2 項目實現 116
4.6.3 實驗步驟 117
4.7 實踐練習 117
4.7.1 模擬場景 117
4.7.2 任務需求 118
第5章 NAO機器人實訓案例 119
5.1 NAO機器人基礎應用 119
5.1.1 實驗一：自我介紹 119
5.1.2 實驗二：機器人舞蹈 126
5.1.3 實驗三：機器人走迷宮 134
5.2 NAO機器人進階應用 140
5.2.1 實驗一：文字識別 140
5.2.2 實驗二：人臉檢測 149
5.2.3 實驗三：智能語音交互 158
5.3 NAO機器人競賽案例 166
5.3.1 NAO機器人雙人接力賽 166
5.3.2 NAO機器人高爾夫賽 180
參考文獻 193
附錄A NAOMark 194
附錄B PAPER TOY 195