Nao机器人远程控制

由于最近在研究如何利用Kinect对Nao机器人进行远程控制，所以写下这篇博客和大家交流。首先，考虑到微软开发的Kinect能够捕捉人体的深度信息，进而转换成骨骼信息，供给我们去利用相应信息，实现用肢体与其他的设备进行交互，比如体感游戏（切水果等）、三维动画电影的制作（阿凡达等）、广告制作等。这给我们充分的想象空间可以实现很多应用。同时，本人所在的课题组也在做脑电的相关研究，其中实现控制效果所用的机器人是Nao机器人，由于该机器人外形小巧可爱，提供的控制接口丰富，平台语言等兼容效果较好，属于类人型机器人，所以我们考虑可否用Kinect捕获的人体动作数据区远程的操控Nao机器人的动作，进而实现其他的应用（智能家庭、医疗服务系统）。下面是我目前设计以及实现中遇到的问题，希望大家有相关经验或想法的人能够给予一定的批评改正意见。

1. Nao机器人远程控制规划：

在做相应的具体实现之前提前做了一个粗略的研究草图，这样对进度的可以一目了然的知晓。研究草图如下：

上面的内容就不做特别多的解释了，图上显示了整个系统的大概流程。

2.Nao机器人实验中遇到的问题总结

在上面流程图的指示下，搭建了初步的仿真系统，VS2010+Kinect+Webots(Nao的仿真软件)，然后进行初步的实验，效果目前不是很理想，得到的一幅目前的效果图如下：

这是上周做的实验结果，按照操作步骤进行了简单的尝试，主要控制左臂肩关节和脖子的关节共四个通道（自由度）的动作。从实验结果来看，动作差别是很大的，完全不是想象的结果，说明试验中的一些步骤出现了错误，下面我将本实验的步骤和问题进行详细的总结。

a) 利用Kinect获取人体运动数据，并整合到系统中，本部已经实现，可以提供动作的位置、方向信息。其中方向信息的表示方式是四元数或者旋转矩阵，可以提供针对绝对旋转和相对旋转两种坐标形式。

b) 将Kinect获取到的数据进行转换，转换成nao需要的欧拉角数据。本部分提供的方法有两种，一种是从四元数转换成欧拉角或者是从旋转矩阵转换到欧拉角。目前比较常用的是四元数转换成欧拉角方式，所以采用这种方式进行处理。

c) 进行坐标系的转换，由于Kinect的坐标系和Nao的各关节的坐标系不是对应的，所以这部分工作也需要重新梳理。这步暂时未加验证，本人理解并不一定是完全正确的。

d) 骨骼关节通道的映射。由于Kinect关节是20个，60个自由度；而Ｎao是15关节，24个自由度，两者的对应关系是急需解决的问题，这决定运动的真实程度。本实验暂时采取丢弃Nao不含有的Kinect通道数据原则进行处理。这样的处理从目前的效果来看，并不是十分的合理，所以需要尝试新的方法，有大牛给知道一下就好了

e) 数据范围的约束处理；由于Nao的每个自由度都是有运动范围的，当我们给的动作超过了Nao运动的最大范围时，Nao机器人会出现摔倒或死机的问题。所以针对这方面问题我们目前采取的方法是，当运动范围超出Nao的运动范围，将超过的数据截取到最大范围处。

f) 动作的控制。从上面处理步骤后，我们把得到的数据赋给Nao机器人时，有一个问题是，Nao机器人的控制方案有多种，有目标位置控制，指定行为控制等等，但是我们需要的是用角度去控制动作。Nao提供的接口是setAngles（每帧针对初始动作做动作，控制比较慢）和changeAngles（控制动作比较快，但会出现累计误差）。两者的选取关系到动作处理效果。目前做实验阶段采用的是前一个。

g) 动作延时的控制。由于需要做循环控制，目前时间的控制由sleep（没有这个函数，Nao的控制会失效）函数控制，这个函数设置的时间过短，Nao的控制也会失灵。所以这也是后续要考虑的问题。目前采用的是1s。

真心希望有大牛能够看到我的文章，对本渣渣给予指点，我也会不断更新进度，与大家一起交流学习~

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