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前言Foreword仿人机器人是综合运用机械、传感器、驱动器、计算机等技术设计的一种能模仿人的形态和行为的机械电子设备，是在电子、机械及信息技术的基础上发展而来的。仿人机器人仿人的四肢和头部，能够自主完成人类所赋予的任务与命令。

NAO机器人是一款高端仿人机器人，拥有讨人喜欢的外形，具有一定水平的人工智能，能够与人亲切互动。NAO是在世界范围学术领域内应用最广泛的仿人机器人，是机器人世界杯RoboCup组委会指定的比赛机器人。Aldebaran Robotics公司将NAO的技术开放给所有的高等教育项目，并于2010年成立基金会，支持在机器人及其应用领域的教学项目。NAO可以通过现成的指令块进行可视化编程，允许用户探索各种领域、运用各种复杂程度的程序达到用户想要体验的各种不同效果。

NAO可在Linux、Windows或Mac OS等操作系统下编程，拥有开放的编程构架，可以使用C++或Python语言控制NAO。不论使用者的专业水平如何，都能够通过图像编程平台为NAO机器人编程。本书介绍编写程序操作NAO的主要方法，全书分为8章，内容如下。

第1章NAO机器人概述。介绍NAO机器人系统、关节运动模型、机器人操作系统NAOqi框架、NAO的基本操作、网络连接设置和远程登录NAO。

第2章Python编程基础。介绍Python的基本语法、函数、对象与类、文件和异常。

第3章NAO编程基础。介绍NAOqi进程、模块、阻塞和非阻塞调用、内存等基本概念、工作机制及应用，使用Choregraphe进行NAO编程的基础知识，包括使用指令盒编程、指令盒的输入输出及参数设置。

第4章运动控制。包括对NAO的头部关节、臂部关节、髋关节、腿部关节的介绍，还介绍刚度控制、关节控制和运动控制的基本方法，使用时间轴进行运动编辑的基本概念和方法。◆NAO机器人程序设计第5章音频处理。介绍音频处理的基本概念、操作音频的ALAudioRecorder、ALAudioDevice等基础类模块，声音检测与定位，语音识别，语音合成与对话等内容。

第6章视觉处理。介绍视频设备编程中使用的设备参数，图像捕获、视频录制及视觉设备等基础类的使用方法，视频检测中的红球检测、地标检测、条形码检测和人脸检测等检测类的使用，视觉识别方法等内容。

第7章传感器。介绍使用电池、声呐、LED和接触传感器的编程方法，设备通信模块的工作机制与应用。

第8章使用C++编写程序。介绍使用qiBuild编译远程模块，使用C++编程扩展NAO API。

附录内容包括开发环境安装与配置、NAO机器人系统恢复与更新、NAOqi系统虚拟机、Python关键字和内置函数、传感器与执行器键表、NAO安装的Python库。

具有Python基础的读者可以跳过第2章，只对机器人舞蹈感兴趣的读者可以直接查看相应章节。只需要在计算机上安装Python编辑器(本书使用PyCharm)、NAO的Python库和Choregraphe就可以运行书中的所有Python代码。只有第3章示例代码给出了运行环境说明，调试其他章节示例程序时需要注意运行环境。希望每位读者都可以完成本书的学习并运行示例代码。

本书各章内容相对独立，但是在内容安排上按照先易后难原则编写。前面章节解释的语句后面再次出现时不做解释，读者在学习时尽量按照章节顺序阅读和调试程序。书后附录所列内容，如参数、软件安装步骤、刷机方法等，供需要时查阅。

本书面向初学者，内容并未包含Choregraphe提供的全部指令盒，对Python语言的介绍比较简单，仅选择了编写Choregraphe程序时必须掌握的Python基础知识，书中使用的示例程序也不涉及复杂算法。读者在掌握NAO系统的基础概念、开发设计思路后，可以参考NAO随机英文文档，查阅NAOqi提供的更多API。本书前7章示例用Python语言编写，读者如果使用C++语言，可以先学习第8章，再查阅、调试NAO随机英文文档中C++语言的示例代码。由于篇幅有限，部分内容未能在书中阐述，读者可在清华大学出版社网站（http://www.tup.tsinghua.edu.cn）下载相关电子文档及代码。

本书主要参考资料包括NAO随机文档，以及李睿强、孙漫漫、孟宪龙等的硕士论文，杨云程、孙明辰、纪卓志、董旭、蒲致威等同学对本书内容的形成启发很多，在此一并表示感谢。

本书可以作为NAO使用者的操作参考书和编程参考书，也可以作为高等学校计算机及相关专业的“NAO机器人程序设计”课程教材。

由于作者水平有限，书中难免存在欠妥之处，敬请读者批评指正。

编者

2018年9月