摘要：現(xiàn)階段，機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，研究具有人類智能、靈活性，并能夠與人交流，不斷適應(yīng)周圍環(huán)境的機器人一直是人類的夢想之一。人形舞蹈機器人作為人形機器人的一種，能夠隨著音樂和舞蹈翩翩起舞，所展現(xiàn)的觀賞性和科學(xué)性將給人們帶來極大的視覺沖擊和科技享受，在教育娛樂服務(wù)等方面前景光明。本文從舞蹈機器人的概述展開，重點討論了其機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和舞蹈動作的調(diào)試。

關(guān)鍵詞：人形機器人;結(jié)構(gòu)設(shè)計;舵機選型;舞蹈動作

中圖分類號：TP242文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2020）06-0075-02

Abstract：Atthepresentstage，theapplicationoftherobothasbeenexpanding，researchwithhumanintelligence，flexibility，andcancommunicatewithpeople，constantlyadapttotheenvironmentoftherobothasbeenoneofthedreamsofhumanbeings.Asakindofhumanoidrobot，humanoiddancerobotcandancealongwithmusicanddance.Itsornamentalandscientificfeatureswillbringgreatvisualimpactandtechnologicalenjoymenttopeople，andithasabrightfutureineducationandentertainmentservices.Inthispaper，thedesignofthemechanicalstructureandthedebuggingofthedancemovementofthedancerobotarediscussed.

Keywords：humanoidrobot;Structuraldesign;Steeringgearselection;Dancemoves

1引言

近年來，仿生科技發(fā)展迅猛，仿生科技在機器人技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的表現(xiàn)格外引人注目，其中人形機器人的研究和發(fā)展尤其受到各國研究人員青睞，成為智能機器人領(lǐng)域中最活躍的研究熱點之一。

人形舞蹈機器人除了可以用腳走路外，更可以表現(xiàn)各種高難度的仿人動作，如跑步、側(cè)翻、跳躍、滾翻、倒立、上下臺階等，機器人身手敏捷，動作多姿多彩，令人大開眼界。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1機械結(jié)構(gòu)。舞蹈機器人的設(shè)計一般要經(jīng)過創(chuàng)意提出、初步設(shè)計、組裝調(diào)試、最終定型等幾個大的步驟。其中很重要的一個環(huán)節(jié)是機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，一個好的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以極大的方便之后的調(diào)試以及表現(xiàn)。

我們按照人體三段式對稱結(jié)構(gòu)，即頭部，軀干，雙臂及腿部設(shè)計（如圖2-1）。各種儀器設(shè)備（如攝像頭）可以安裝在頭部，以實現(xiàn)目標(biāo)的識別及人機交互。軀干部則是整個機器人的結(jié)構(gòu)核心，起固定和配合雙臂動作作用，控制電路板可以安裝在此處。腿部則影響著機器人的重心位置，腿部結(jié)構(gòu)精確可以更好的模擬人類行走，使得整個機器人更加穩(wěn)定。

2.2自由度分析。我們設(shè)計的人形機器人，高960mm，重10kg，共有19個自由度（如表2-2），包括頭部的1個自由度，手臂部位的4*2=8個自由度（肩關(guān)節(jié)2+肘關(guān)節(jié)1+腕關(guān)節(jié)1），腿部（表中未列出）的5*2=10個自由度（腰關(guān)節(jié)2+膝關(guān)節(jié)1+踝關(guān)節(jié)2）。

2.3電動機的選擇。對于機器人來說電機通常有3種，即步進電機、直流電機和舵機，其中步進電機速度控制精確，但是扭矩較小，體積大;直流電機扭矩大，功耗小，但是電流較大，難以達到精確控制;舵機接口簡單，功率中等，價格便宜，但是扭矩較小，速度調(diào)節(jié)范圍較小。

3舞蹈動作

3.1舞蹈動作的設(shè)計。在設(shè)計舞蹈動作時，我們采用截取動作的方法，即將選取好的舞蹈動作拆分成一個個單獨的狀態(tài)，然后剔除一些較為復(fù)雜的難以表現(xiàn)的動作，之后配合音樂重新組合形成一套全新的舞蹈動作。

3.2舞蹈動作的實現(xiàn)。在機器人實現(xiàn)設(shè)計好的舞蹈動作時，舞蹈動作的穩(wěn)定和連貫、動作的美感和活力以及是否能跟上音樂節(jié)奏等問題都是我們必須考慮的，因此須得細細推敲并反復(fù)調(diào)試。

將設(shè)計好的動作按一幀一幀的順序播放（一幀一個狀態(tài)），依次在機器人上實現(xiàn)動作。舞蹈機器人在做動作時是按順序讀取預(yù)先設(shè)計好的動作程序，而這些動作程序是每個舵機轉(zhuǎn)動的角度數(shù)據(jù)。

具體步驟：①將選取的舞蹈視頻慢速播放，并截取成一幀一幀的圖像，將每一個動作分解成一個又一個的狀態(tài)（若前后兩個狀態(tài)變化幅度過大，則插入一個過渡狀態(tài)，實現(xiàn)緩沖和銜接的目的）。

②按照每一幀的圖像，對應(yīng)確定每一個舵機的旋轉(zhuǎn)角度。

③配合音樂的節(jié)奏、速度以及形式并考慮機器人的實際現(xiàn)，不斷調(diào)整動作的時間間隔，使得舞蹈動作與音樂節(jié)奏相得益彰。

④反復(fù)的觀察和調(diào)試之后，確定最終舞蹈動作。

連接機器人→動作狀態(tài)→編輯調(diào)試機器人

4結(jié)語

人形機器人集機電、材料、傳感器、計算機控制技術(shù)等多門學(xué)科于一體，是一個國家高科技實力和發(fā)展水平的重要標(biāo)志，因此，世界發(fā)達國家都不惜投入巨資進行開發(fā)研究。

人形舞蹈機器人研究在很多方面已經(jīng)取得了突破，如機械單元、基本行走能力、整體運動、動態(tài)視覺等，但是離我們理想中的要求還相差甚遠，未來我們還需要在機器人的思維和學(xué)習(xí)能力、與環(huán)境的交互、軀體結(jié)構(gòu)和四肢運動等方面進行更進一步的研究。

參考文獻：

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[3]陳睿，羅文寬，王碩，顧孟琪等.仿人形舞蹈機器人的設(shè)計與實現(xiàn)[D].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017

作者簡介：來盼盼（1999.05-），男，漢族，陜西省咸陽市人，西安市未央?yún)^(qū)長安大學(xué)，機械電子工程專業(yè)，本科生。