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1、跳舞机器人的设计摘要：随着社会发展，机器人已经渗透到我们 的生活、工作和经济方面，机器人的研究和发展对于 经济发展有很多影响。这篇文章主要是讲述跳舞机器 人的设计和工作原理。此设计以 Arduino 系列 Atmega328芯片为MCU，介绍了通过舵机驱动模块、 红外线收发器、 超声波模块、 语音识别模块实现跳舞、 遥控、行走避障、语音控制的功能。整个系统具有鲜 明的模块性、简单明了、设计方便等特性。关键词： Arduino 跳舞 避障 遥控 语音识别 跳 舞机器人中图分类号： TP242.6 文献标识码： A 文章编 号： 1007-9416（ 2015）11-0000-001 前言机器人作
2、为 20 世纪最为伟大的发明之一。 在短短 的几十年内发生了日新月异的变化。目前机器已经走 进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替 着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经 越来越离不开机器人帮助。机器人工程是一门复杂的 学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科 学、自动控制等为一体。作为当代电子信息工程专业 的大学生，理应顺应时代需求，积极创新，在学术上 应不到思索，不断深入。本次跳舞机器人项目在前人 开发基础上，进行的拓展和创新，通过 MCU 的和传 感器的控制，实现简单的行走壁障和跳舞功能。2 跳舞机器人的工作原理 本设计是一个能完成简单人体功能、模拟跳舞动 作的类人
3、型机器人，完成简单人体舞蹈的基本动作； 可以前进后退、左右侧行，行动频率一秒两步，并具 备语音识别功能。通过语言识别模块，可以对机器人 实现语音控制。机器人包括头部、腰部、双臂、双足、 底盘，分别通过舵机控制。知识涉及力学、机构学、 电子学、自动控制、计算机和人工智能等。跳舞机器人所有舵机通过 32 路舵机控制器控制， 只需改变舵机的转动角度，就可以模拟出人的各种动 作。舵机分布如图 1 所示。机器人跳舞有一定的局限性，由于体积、舵机只 能在一个平面上转动， 导致不能像人类一样灵活自如， 但是人类简短的肢体动作能够完成。把一连串的肢体 动作，连贯的完成，就能实现简单的舞蹈。动作完成 的时间是通
4、过计算舵机 DIV 得来的。 调试动作有一个 特性，双臂可以自由发挥，但双足舵机转动的角度就需要控制好，防止“摔倒” 。3 硬件系统的设计3.1 主控芯片 MCU据了解，在制作 DIY 和其他工艺品时，硬件的体 积是一个很重要的部分，体积太大，会导致做出来的 成品体积也会很大，影响美观，更影响实现现象的质 量。 而 Arduino 是一款便捷灵活、 方便上手的开源电 子原型平台，包含硬件（各种型号的 Arduino 板）和 软件（ Arduino IDE ）。它适用于爱好者、艺术家、设 计师 。刚好符合需求，所以选择了 Arduino 系列 Atmega328 单片机芯片。3.2 舵机控制模块
5、32路舵机控制器可以通过 Arduino的USB串口与 计算机连接（ USB 和 UDB ），也可以直接与电脑连接 实现通讯。然后通过调试软件，把已经调试好的动作 保存在驱动模块的存储器内，并且按组保存。行走、 左右移动、跳舞的实现是调用相应组的数据。 32 路舵 机控制器通过 UART串口（ RXD和TXD ）与Arduino 芯片实现连接。3.3 传感器模块 超声波壁障是通过超声波测距的功能来实现的， 当超声波检测的距离小于设定的值时， MCU 就会给32 路舵机控制器一个左移的指令， 并且只要距离一直 小于设定的值时，就会保持相同的指令。当距离大于 这个值时， MCU 就发送一个前进的指
6、令。语音识别选用 LD3320 语音识别模块，通过写入 识别表来判断接收到的语音， 并且在确定语音信号后， 给 MCU 一个对应的指令， MCU 接收到后在给 32 路 舵机控制器一个指令，然后驱动芯片就输出相应的动 作。红外线遥控通过一个红外线发射器和接收模块来 实现的。当 MCU 通过接收模块接收到发射器发来的 码值时，按照其编码调用相对的动作。总系统框图如图 2 所示。3.4 电源模块 供电电池需要选择大倍率放电的航模锂电，普通 锂电池是不行的，根据舵机的总需求电流来选择合适 电池，并不是容量越大越好。整流桥需要使用大功率 整流桥，标称通过电流至少 25A 以上，如果机器人使 用中整流桥
7、太热可以再多并联几个。3.5 舵机控制原理舵机的转角范围为0° 185°,共分为250份， 没份为0.75°。控制需的PWM宽度为0.5ms 2.5ms, 宽度为2ms； PWM信号=1° /8us。舵机控制中PWM 和转动角度的关系如图 3 所示。4 软件的设计Arduino 语言基于 wiring 语言开发的，其便捷在 于其编程软件内带有各种库，包括超声波传感器、红 外线传感器、 PID 算法和软串口的设定等。 在编程时， 通过定义头文件，就可以调用相应的库，并定义输出 方式，实现相应的功能。本次编程主要实现机器人的动作，通过 UART 串 口输出程
8、序 Serial.println（"" ）语句，对要控制的动作 组进行调用 （串口波特率为 115200）。通过 switch（）、 case语句判断各个指令，调用动作组。5 结语机器人学已经发展成一门综合机械、 电气、自控、 计算机、工业等多种工程学科基础知识和创新能力的 举足轻重的学科。机器人制作者需对各项科学技术的 综合运用，尤其在自动控制和智能化方面。在这次跳 舞机器人的制作过程中，深深的体会到科学技术的无 穷魅力，在浩瀚的知识世界里遨游感到自己才薄识浅， 团队意识在制作中的重要性。 “掌握知识，实事求是， 实践中创新”是这次项目中最深刻的体会。参考文献1 张建民 .机电一体化系统设计 M.3 版.北京：高等教育出版社， 2007.2 程晨Arduino开发实战指南.机械工业出版社， 2012.3 大熊繁.机器人控制 M. 北京：科学出版社， 2002.