在音樂特征辨認的根底上分離專家系統、含糊控制等手腕，經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。舞蹈機器人的設計普通要經過創意提案、整體論證、初步設計、組裝調試、最終定型等幾個大的步驟。其中最重要的當數其中的機械設計環節，它關系到后面機器人的整體性能以及控制系統的設計。
【關鍵詞】舞蹈機器人；AVR單片機；舵機
1.引言
機器人是作為現代高新技術的重要意味和開展結果，曾經普遍應用于國民消費的哥哥范疇，并正在給人類傳統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。機器人普通由執行機構、驅動安裝、檢測安裝和控制系統等組成[1]。如今，國際上對機器人的概念曾經逐漸趨近普通，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。結合國規范化組織采用了美國機器人協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；或是為了執行不同的任務而具有可改動和可編程動作的特地系統。
機器人產業在二十一世界將成為和汽車、電腦并駕齊驅的主干產業。從龐大的工業機器人到微觀的納米機器人，從代表尖端技術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。機器人技術和產業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舵機作為關節驅動和一個微機板作為舵機的驅動控制機器人完成各種動作。
該舞蹈機器人雙腿關節采用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；應用舵機調試程序對舞蹈機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.機器人總體計劃設計
2.1+舞蹈機器人總體剖析
要設計和開發一個舞蹈機器人，首先應該對其停止總體剖析和設計，肯定舞蹈機器人的功用，根本構造和系統配置。舞蹈機器人的設計普通要經過創意提出、整體論證、初步設計、組裝調試、最終定型等幾個大的步驟。其中最重要的當數其中的機械設計環節，它關系到后面機器人的整體性能以及控制系統的設計。
該雙足競步機器人設計的目的是要完成擬人下肢多自在度得平穩行走，在完成這個功用的前提下為降低設計的難度，我們依照目前世界上各研討機構普通采用的下肢6個自在度的關節配置方式，來完成行走功用所必需的各關節自在度散布，詳細自在度配置為單腿髖關節1個，膝關節1個，踝關節1個[3]。髖關節用于擺動腿，完成邁步，并起到了輔助均衡作用。膝關節主要用來調理重心的高度，及改動擺動腿的著地高度，使之與地形相順應。踝關節用來和髖關節相配合完成支撐腿的挪動，以及調整與空中的接觸狀態。其構造圖大致與下圖1類似。
2.2+系統構造設計
依據肯定的自在度配置計劃以及選用的舵機、微機板，設計機器人的零件。本著構造簡單、盡量采用通用零件、外形美觀等準繩，對機器人的構造及外觀停止優化。
完成舞蹈機器人運動的根本問題是對機器人各關節位置、速度伺服控制和諧和控制。假如把連桿以及關節想象為機器人的骨骼，那么驅動器就起到肌肉的作用，它經過挪動或轉動連桿來改動機器人的構型。驅動器必需有足夠的功率對負載加速或者減速。同時，啟動器自身要準確、靈活、笨重、經濟、運用便當牢靠且易于維護[4]。
舵機是一種最早應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的方波脈沖信號，所以很便當和模仿系統停止接口。只需能產生規范的控制信號的模仿設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、穩定性、控制簡單。依據所需的驅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格參數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.控制系統硬件設計
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、電機驅動模塊、外部晶振以及各種I%2FO接口。
本設計所選舵機為日本雙葉電子工業株式會社消費的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。價錢適中且規格參數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據量，合適多級聯動控制。裝有防撞減震軸承，減少磨損，并且密封。采用國際規范的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。經過實踐測試和規劃，分了250份。將0-185分為250份，每份0.74度。控制所需的PWM寬度為0.5ms～2.5ms，寬度2ms。舵機的控制信號是脈沖位置調制信號，周期普通為2ms，當方波的脈沖寬度改動時，舵機轉軸的角度發作變化，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。普通舵機的輸出軸轉角與輸入信號的脈沖寬度之間的關系可用下圖3所示。
4.控制系統的軟件設計
為了完成模型樣機的實驗調試，在硬件根底上停止了系統軟件設計，經過對實踐機械系統運動控制理論研討，規劃了一套煩瑣的調試計劃以考證樣機設計的合理性，并停止對預訂步態的相應關節控制調試和可行性考證。
ATmega16是基于加強的AVR+RISC構造的低功耗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行時間，ATmega16的數據吞吐率高達1MIPS%2FMHz，從而能夠減緩系統在功耗和處置速度之間的矛盾。
由于單片機功用的限制，復雜的動作編制、舞蹈的設計不可能在單片機上停止，而且關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，經過上位機，完成舞蹈動作的編寫以及調試。如根本的行進，后退，轉身，彎腰，搖頭號[6]。上位機還擔任同下位機的交互，人機接口等。
舞蹈動作設計得再圓滿，再漂亮，最終都要表現在機器人的行走上。運動控制主要有兩個方面的內容，一方面是編寫圓滿的舞蹈動作，另一方面就是如何準確完成設計好的舞蹈動作。也就是說如何準確地控制電機%2F舵機，讓多個電機精確快速，穩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據功用。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據的單向傳輸方式，即主要由上位機向單片機發送指令和數據，而單片機并不向上位機發數據，僅僅是在二者通訊之前向上位機發送應對信號，以確認二者之間通訊勝利與否。因而，此處主要討論由上位機發送單片機接納的通訊方式。
5.舞蹈機器人設計
總結
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、精細機構和仿生資料等多個范疇。
舞蹈機器人的制造普通要經過創意提案、初步設計、細致設計、制造調試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。
舞蹈機器人動作設計和完成的辦法普通是自創機械臂軌跡的控制方式，在不同的平臺和技術程度根底上采用相應的辦法[7]。以下是我們在舞蹈機器人動作設計與完成研討和應用的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確控制。
6.結論
本文設計了一款構造緊湊、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。此外本系統為雙足機器人的研討預留了足夠的擴展空間，它可以在本系統上模仿，研討其運動規律，為研討智能機器人，機器人學習、運動等提供了一個牢靠的平臺。整個設計過程中，在機器人的機械構造設計上我們曾經遇到了很大的艱難，好幾次的設計都由于不契合請求曾經被改的改頭換面。好在全組成員團分離作，最終處理了機械構造的問題。在運用ATmega16L的開發過程中，我們也充沛領會到了這款單片機的性能優越性和便利性，其單芯片設計計劃對進步產品集成，降低系統本錢有很大的協助。
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