在音樂特征辨認(rèn)的根底上分離專家系統(tǒng)、含糊控制等手腕，經(jīng)過舞蹈動作與音樂的自動匹配、同步演示等辦法，完成舞蹈動作與音樂諧和分歧。舞蹈機器人的設(shè)計普通要經(jīng)過創(chuàng)意提案、整體論證、初步設(shè)計、組裝調(diào)試、最終定型等幾個大的步驟。其中最重要的當(dāng)數(shù)其中的機械設(shè)計環(huán)節(jié)，它關(guān)系到后面機器人的整體性能以及控制系統(tǒng)的設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】舞蹈機器人；AVR單片機；舵機
1.引言
機器人是作為現(xiàn)代高新技術(shù)的重要意味和開展結(jié)果，曾經(jīng)普遍應(yīng)用于國民消費的哥哥范疇，并正在給人類傳統(tǒng)的消費形式帶來反動性的變化，影響著人們生活的方方面面。機器人普通由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動安裝、檢測安裝和控制系統(tǒng)等組成[1]。如今，國際上對機器人的概念曾經(jīng)逐漸趨近普通，即機器人是靠本身動力和控制才能來完成各種功用的一種機器。結(jié)合國規(guī)范化組織采用了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義：“一種可編程和多功用的，用來搬運資料、零件、工具的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改動和可編程動作的特地系統(tǒng)。
機器人產(chǎn)業(yè)在二十一世界將成為和汽車、電腦并駕齊驅(qū)的主干產(chǎn)業(yè)。從龐大的工業(yè)機器人到微觀的納米機器人，從代表尖端技術(shù)的仿人型機器人到孩子們喜歡的寵物機器人，機器人正在日益走進我們的生活，成為人類最密切的同伴。機器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化在全中國以至全世界具有一定得理想根底和寬廣的市場前景。本次設(shè)計采用Atmega16L單片機作為雙足機器人控制單元的中心，具備自主決策和智能判別的才能[2]。運用六個FutabaS3003舵機作為關(guān)節(jié)驅(qū)動和一個微機板作為舵機的驅(qū)動控制機器人完成各種動作。
該舞蹈機器人雙腿關(guān)節(jié)采用6個FutabaS3003舵機，可以牢靠地負載起手臂和身軀。微機板放在背部，用以充任機器人的身軀，手臂裝置在微機板兩側(cè)；應(yīng)用舵機調(diào)試程序?qū)ξ璧笝C器人的每個動作停止編排、采樣，最后將一個個動作連接起來編譯下載，在團隊的共同努力下完成跳舞機器人。
2.機器人總體計劃設(shè)計
2.1+舞蹈機器人總體剖析
要設(shè)計和開發(fā)一個舞蹈機器人，首先應(yīng)該對其停止總體剖析和設(shè)計，肯定舞蹈機器人的功用，根本構(gòu)造和系統(tǒng)配置。舞蹈機器人的設(shè)計普通要經(jīng)過創(chuàng)意提出、整體論證、初步設(shè)計、組裝調(diào)試、最終定型等幾個大的步驟。其中最重要的當(dāng)數(shù)其中的機械設(shè)計環(huán)節(jié)，它關(guān)系到后面機器人的整體性能以及控制系統(tǒng)的設(shè)計。
該雙足競步機器人設(shè)計的目的是要完成擬人下肢多自在度得平穩(wěn)行走，在完成這個功用的前提下為降低設(shè)計的難度，我們依照目前世界上各研討機構(gòu)普通采用的下肢6個自在度的關(guān)節(jié)配置方式，來完成行走功用所必需的各關(guān)節(jié)自在度散布，詳細自在度配置為單腿髖關(guān)節(jié)1個，膝關(guān)節(jié)1個，踝關(guān)節(jié)1個[3]。髖關(guān)節(jié)用于擺動腿，完成邁步，并起到了輔助均衡作用。膝關(guān)節(jié)主要用來調(diào)理重心的高度，及改動擺動腿的著地高度，使之與地形相順應(yīng)。踝關(guān)節(jié)用來和髖關(guān)節(jié)相配合完成支撐腿的挪動，以及調(diào)整與空中的接觸狀態(tài)。其構(gòu)造圖大致與下圖1類似。
2.2+系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計
依據(jù)肯定的自在度配置計劃以及選用的舵機、微機板，設(shè)計機器人的零件。本著構(gòu)造簡單、盡量采用通用零件、外形美觀等準(zhǔn)繩，對機器人的構(gòu)造及外觀停止優(yōu)化。
完成舞蹈機器人運動的根本問題是對機器人各關(guān)節(jié)位置、速度伺服控制和諧和控制。假如把連桿以及關(guān)節(jié)想象為機器人的骨骼，那么驅(qū)動器就起到肌肉的作用，它經(jīng)過挪動或轉(zhuǎn)動連桿來改動機器人的構(gòu)型。驅(qū)動器必需有足夠的功率對負載加速或者減速。同時，啟動器自身要準(zhǔn)確、靈活、笨重、經(jīng)濟、運用便當(dāng)牢靠且易于維護[4]。
舵機是一種最早應(yīng)用在航模運動中的動力安裝，是一種微型伺服馬達，它的控制信號是一個寬度可調(diào)的方波脈沖信號，所以很便當(dāng)和模仿系統(tǒng)停止接口。只需能產(chǎn)生規(guī)范的控制信號的模仿設(shè)備都能夠用來控制舵機，比方PLC、單片機和DSP等。而且舵機體積緊湊、便于裝置、輸出力矩大、穩(wěn)定性、控制簡單。依據(jù)所需的驅(qū)動力矩請求和性價比如面的思索，我們決議選用日本雙葉電子工業(yè)株式會社消費的大扭力齒輪舵機。該類型舵機價錢適中且規(guī)格參數(shù)可以滿足舞蹈機器人的各項性能請求。因而在綜合了開支，性能等一系列要素后我們選擇了FutabaS3003這款舵機。
3.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
主板是以Atmega16L單片機微控制器為中心，包括電源模塊、USB下載模塊、ISP下載模塊、電機驅(qū)動模塊、外部晶振以及各種I%2FO接口。
本設(shè)計所選舵機為日本雙葉電子工業(yè)株式會社消費的FutabaS3003舵機，該類型舵機的扭力到達4.1公斤且為同軸雙端輸出銅合金齒輪舵機。價錢適中且規(guī)格參數(shù)可以滿足雙足機器人的各項性能請求[5]。并且能夠停止模仿位置鎖存，大大減少控制端的數(shù)據(jù)量，合適多級聯(lián)動控制。裝有防撞減震軸承，減少磨損，并且密封。采用國際規(guī)范的PWM控制格式，便于移植到其他平臺運用。因而在綜合了開支，性能等一系列要素后我們選擇了FutabaS3003型舵機。舵機FutabaS3003實物圖2所示。
FutabaS3003舵機的轉(zhuǎn)角到達180度，由于采用8位CPU控制，所以控制精度最大為256份。經(jīng)過實踐測試和規(guī)劃，分了250份。將0-185分為250份，每份0.74度?？刂扑璧腜WM寬度為0.5ms～2.5ms，寬度2ms。舵機的控制信號是脈沖位置調(diào)制信號，周期普通為2ms，當(dāng)方波的脈沖寬度改動時，舵機轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)作變化，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。普通舵機的輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入信號的脈沖寬度之間的關(guān)系可用下圖3所示。
4.控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
為了完成模型樣機的實驗調(diào)試，在硬件根底上停止了系統(tǒng)軟件設(shè)計，經(jīng)過對實踐機械系統(tǒng)運動控制理論研討，規(guī)劃了一套煩瑣的調(diào)試計劃以考證樣機設(shè)計的合理性，并停止對預(yù)訂步態(tài)的相應(yīng)關(guān)節(jié)控制調(diào)試和可行性考證。
ATmega16是基于加強的AVR+RISC構(gòu)造的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS%2FMHz，從而能夠減緩系統(tǒng)在功耗和處置速度之間的矛盾。
由于單片機功用的限制，復(fù)雜的動作編制、舞蹈的設(shè)計不可能在單片機上停止，而且關(guān)于人機交互等在單片機上不好完成。一切必需要有上位機的輔佐，經(jīng)過上位機，完成舞蹈動作的編寫以及調(diào)試。如根本的行進，后退，轉(zhuǎn)身，彎腰，搖頭號[6]。上位機還擔(dān)任同下位機的交互，人機接口等。
舞蹈動作設(shè)計得再圓滿，再漂亮，最終都要表現(xiàn)在機器人的行走上。運動控制主要有兩個方面的內(nèi)容，一方面是編寫圓滿的舞蹈動作，另一方面就是如何準(zhǔn)確完成設(shè)計好的舞蹈動作。也就是說如何準(zhǔn)確地控制電機%2F舵機，讓多個電機精確快速，穩(wěn)定地抵達指定的位置，并且完成24個電機的諧和工作。
串行通訊子程序主要用于處置單片機與上位機之間的通訊，完成從上位機接納控制指令和動作數(shù)據(jù)功用。單片機與上位機之間采用半雙工通訊方式，但是主要還是采取數(shù)據(jù)的單向傳輸方式，即主要由上位機向單片機發(fā)送指令和數(shù)據(jù)，而單片機并不向上位機發(fā)數(shù)據(jù)，僅僅是在二者通訊之前向上位機發(fā)送應(yīng)對信號，以確認(rèn)二者之間通訊勝利與否。因而，此處主要討論由上位機發(fā)送單片機接納的通訊方式。
5.舞蹈機器人設(shè)計
總結(jié)
舞蹈機器人競賽是機器人競賽中具有很強欣賞性和興趣性的高技術(shù)對立賽，舞蹈機器人的制造觸及機械、電子、自控.通訊、傳感，人工智能、機器人學(xué)、精細機構(gòu)和仿生資料等多個范疇。
舞蹈機器人的制造普通要經(jīng)過創(chuàng)意提案、初步設(shè)計、細致設(shè)計、制造調(diào)試4個階段。我們在制造過程中，思索詳細狀況，分步細化，依照流程來控制節(jié)點，達成目的。
舞蹈機器人的動作是表如今一定時間序列上的窒間位姿（位置和姿勢）的匯合。
舞蹈機器人動作設(shè)計和完成的辦法普通是自創(chuàng)機械臂軌跡的控制方式，在不同的平臺和技術(shù)程度根底上采用相應(yīng)的辦法[7]。以下是我們在舞蹈機器人動作設(shè)計與完成研討和應(yīng)用的3類辦法：直觀估測法、動作示教法、虛擬仿真法。這些辦法是從不同的研討目的和舞蹈機器人動作的控制請求動身的，虛擬仿真法可以完成對舞蹈機器人動作的準(zhǔn)確控制。
6.結(jié)論
本文設(shè)計了一款構(gòu)造緊湊、外觀美觀的小型雙足機器人本體，機器人共10個自在度。它能自在行走，停止舞蹈扮演。此外本系統(tǒng)為雙足機器人的研討預(yù)留了足夠的擴展空間，它可以在本系統(tǒng)上模仿，研討其運動規(guī)律，為研討智能機器人，機器人學(xué)習(xí)、運動等提供了一個牢靠的平臺。整個設(shè)計過程中，在機器人的機械構(gòu)造設(shè)計上我們曾經(jīng)遇到了很大的艱難，好幾次的設(shè)計都由于不契合請求曾經(jīng)被改的改頭換面。好在全組成員團分離作，最終處理了機械構(gòu)造的問題。在運用ATmega16L的開發(fā)過程中，我們也充沛領(lǐng)會到了這款單片機的性能優(yōu)越性和便利性，其單芯片設(shè)計計劃對進步產(chǎn)品集成，降低系統(tǒng)本錢有很大的協(xié)助。
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