在音乐特征辨认的根底上分离专家系统、含糊控制等手腕，经过舞蹈动作与音乐的自动匹配、同步演示等办法，完成舞蹈动作与音乐谐和分歧。舞蹈机器人的设计普通要经过创意提案、整体论证、初步设计、组装调试、最终定型等几个大的步骤。其中最重要的当数其中的机械设计环节，它关系到后面机器人的整体性能以及控制系统的设计。
【关键词】舞蹈机器人；AVR单片机；舵机
1.引言
机器人是作为现代高新技术的重要意味和开展结果，曾经普遍应用于国民消费的哥哥范畴，并正在给人类传统的消费形式带来反动性的变化，影响着人们生活的方方面面?；魅似胀ㄓ芍葱谢埂⑶沧?、检测安装和控制系统等组成[1]。如今，国际上对机器人的概念曾经逐渐趋近普通，即机器人是靠本身动力和控制才能来完成各种功用的一种机器。结合国规范化组织采用了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功用的，用来搬运资料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改动和可编程动作的特地系统。
机器人产业在二十一世界将成为和汽车、电脑并驾齐驱的主干产业。从庞大的工业机器人到微观的纳米机器人，从代表尖端技术的仿人型机器人到孩子们喜欢的宠物机器人，机器人正在日益走进我们的生活，成为人类最密切的同伴。机器人技术和产业化在全中国以至全世界具有一定得理想根底和宽广的市场前景。本次设计采用Atmega16L单片机作为双足机器人控制单元的中心，具备自主决策和智能判别的才能[2]。运用六个FutabaS3003舵机作为关节驱动和一个微机板作为舵机的驱动控制机器人完成各种动作。
该舞蹈机器人双腿关节采用6个FutabaS3003舵机，可以牢靠地负载起手臂和身躯。微机板放在背部，用以充任机器人的身躯，手臂装置在微机板两侧；应用舵机调试程序对舞蹈机器人的每个动作停止编排、采样，最后将一个个动作连接起来编译下载，在团队的共同努力下完成跳舞机器人。
2.机器人总体计划设计
2.1+舞蹈机器人总体剖析
要设计和开发一个舞蹈机器人，首先应该对其停止总体剖析和设计，肯定舞蹈机器人的功用，根本构造和系统配置。舞蹈机器人的设计普通要经过创意提出、整体论证、初步设计、组装调试、最终定型等几个大的步骤。其中最重要的当数其中的机械设计环节，它关系到后面机器人的整体性能以及控制系统的设计。
该双足竞步机器人设计的目的是要完成拟人下肢多自在度得平稳行走，在完成这个功用的前提下为降低设计的难度，我们依照目前世界上各研讨机构普通采用的下肢6个自在度的关节配置方式，来完成行走功用所必需的各关节自在度散布，详细自在度配置为单腿髋关节1个，膝关节1个，踝关节1个[3]。髋关节用于摆动腿，完成迈步，并起到了辅助均衡作用。膝关节主要用来调理重心的高度，及改动摆动腿的着地高度，使之与地形相顺应。踝关节用来和髋关节相配合完成支撑腿的挪动，以及调整与空中的接触状态。其构造图大致与下图1类似。
2.2+系统构造设计
依据肯定的自在度配置计划以及选用的舵机、微机板，设计机器人的零件。本着构造简单、尽量采用通用零件、外形美观等准绳，对机器人的构造及外观停止优化。
完成舞蹈机器人运动的根本问题是对机器人各关节位置、速度伺服控制和谐和控制。假如把连杆以及关节想象为机器人的骨骼，那么驱动器就起到肌肉的作用，它经过挪动或转动连杆来改动机器人的构型。驱动器必需有足够的功率对负载加速或者减速。同时，启动器自身要准确、灵活、笨重、经济、运用便当牢靠且易于维护[4]。
舵机是一种最早应用在航模运动中的动力安装，是一种微型伺服马达，它的控制信号是一个宽度可调的方波脉冲信号，所以很便当和模仿系统停止接口。只需能产生规范的控制信号的模仿设备都能够用来控制舵机，比方PLC、单片机和DSP等。而且舵机体积紧凑、便于装置、输出力矩大、稳定性、控制简单。依据所需的驱动力矩请求和性价比如面的思索，我们决议选用日本双叶电子工业株式会社消费的大扭力齿轮舵机。该类型舵机价钱适中且规格参数可以满足舞蹈机器人的各项性能请求。因而在综合了开支，性能等一系列要素后我们选择了FutabaS3003这款舵机。
3.控制系统硬件设计
主板是以Atmega16L单片机微控制器为中心，包括电源?？?、USB下载?？椤SP下载?？椤⒌缁？椤⑼獠烤д褚约案髦諭%2FO接口。
本设计所选舵机为日本双叶电子工业株式会社消费的FutabaS3003舵机，该类型舵机的扭力到达4.1公斤且为同轴双端输出铜合金齿轮舵机。价钱适中且规格参数可以满足双足机器人的各项性能请求[5]。并且能够停止模仿位置锁存，大大减少控制端的数据量，合适多级联动控制。装有防撞减震轴承，减少磨损，并且密封。采用国际规范的PWM控制格式，便于移植到其他平台运用。因而在综合了开支，性能等一系列要素后我们选择了FutabaS3003型舵机。舵机FutabaS3003实物图2所示。
FutabaS3003舵机的转角到达180度，由于采用8位CPU控制，所以控制精度最大为256份。经过实践测试和规划，分了250份。将0-185分为250份，每份0.74度?？刂扑璧腜WM宽度为0.5ms～2.5ms，宽度2ms。舵机的控制信号是脉冲位置调制信号，周期普通为2ms，当方波的脉冲宽度改动时，舵机转轴的角度发作变化，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。普通舵机的输出轴转角与输入信号的脉冲宽度之间的关系可用下图3所示。
4.控制系统的软件设计
为了完成模型样机的实验调试，在硬件根底上停止了系统软件设计，经过对实践机械系统运动控制理论研讨，规划了一套烦琐的调试计划以考证样机设计的合理性，并停止对预订步态的相应关节控制调试和可行性考证。
ATmega16是基于加强的AVR+RISC构造的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS%2FMHz，从而能够减缓系统在功耗和处置速度之间的矛盾。
由于单片机功用的限制，复杂的动作编制、舞蹈的设计不可能在单片机上停止，而且关于人机交互等在单片机上不好完成。一切必需要有上位机的辅佐，经过上位机，完成舞蹈动作的编写以及调试。如根本的行进，后退，转身，弯腰，摇头号[6]。上位机还担任同下位机的交互，人机接口等。
舞蹈动作设计得再圆满，再漂亮，最终都要表现在机器人的行走上。运动控制主要有两个方面的内容，一方面是编写圆满的舞蹈动作，另一方面就是如何准确完成设计好的舞蹈动作。也就是说如何准确地控制电机%2F舵机，让多个电机精确快速，稳定地抵达指定的位置，并且完成24个电机的谐和工作。
串行通讯子程序主要用于处置单片机与上位机之间的通讯，完成从上位机接纳控制指令和动作数据功用。单片机与上位机之间采用半双工通讯方式，但是主要还是采取数据的单向传输方式，即主要由上位机向单片机发送指令和数据，而单片机并不向上位机发数据，仅仅是在二者通讯之前向上位机发送应对信号，以确认二者之间通讯胜利与否。因而，此处主要讨论由上位机发送单片机接纳的通讯方式。
5.舞蹈机器人设计
总结
舞蹈机器人竞赛是机器人竞赛中具有很强欣赏性和兴趣性的高技术对立赛，舞蹈机器人的制造触及机械、电子、自控.通讯、传感，人工智能、机器人学、精细机构和仿生资料等多个范畴。
舞蹈机器人的制造普通要经过创意提案、初步设计、细致设计、制造调试4个阶段。我们在制造过程中，思索详细状况，分步细化，依照流程来控制节点，达成目的。
舞蹈机器人的动作是表如今一定时间序列上的窒间位姿（位置和姿势）的汇合。
舞蹈机器人动作设计和完成的办法普通是自创机械臂轨迹的控制方式，在不同的平台和技术程度根底上采用相应的办法[7]。以下是我们在舞蹈机器人动作设计与完成研讨和应用的3类办法：直观估测法、动作示教法、虚拟仿真法。这些办法是从不同的研讨目的和舞蹈机器人动作的控制请求动身的，虚拟仿真法可以完成对舞蹈机器人动作的准确控制。
6.结论
本文设计了一款构造紧凑、外观美观的小型双足机器人本体，机器人共10个自在度。它能自在行走，停止舞蹈扮演。此外本系统为双足机器人的研讨预留了足够的扩展空间，它可以在本系统上模仿，研讨其运动规律，为研讨智能机器人，机器人学习、运动等提供了一个牢靠的平台。整个设计过程中，在机器人的机械构造设计上我们曾经遇到了很大的艰难，好几次的设计都由于不契合请求曾经被改的改头换面。好在全组成员团分离作，最终处理了机械构造的问题。在运用ATmega16L的开发过程中，我们也充沛领会到了这款单片机的性能优越性和便利性，其单芯片设计计划对进步产品集成，降低系统本钱有很大的协助。
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