基于嵌入式的舞蹈機(jī)器人設(shè)計

張鵬飛

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)早已經(jīng)非常成熟，并且廣泛地應(yīng)用于人類生活的各個領(lǐng)域，尤其是舞蹈機(jī)器人具有人類外觀特征、又兼具技術(shù)含量。本課題將設(shè)計一具有簡單人體功能的、模擬舞蹈動作的類人型機(jī)器人。機(jī)器人包括底座、頭部、上身、下肢、以及單片機(jī)控制板，我們通過單片機(jī)控制板分別控制手臂、頭部和底盤運動的電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)等，實現(xiàn)電路控制和機(jī)械傳動，使機(jī)器人完成各項動作。

關(guān)鍵詞：舞蹈機(jī)器人；單片機(jī)；電路控制

1、引言

機(jī)器人作為人類上個世紀(jì)最偉大的科學(xué)發(fā)明之一，在短短的幾十年內(nèi)發(fā)生了巨大的變化。隨著機(jī)器人技術(shù)的大發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)面貌發(fā)生根本性變化，而且對人類社會也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。近幾年，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，從工業(yè)生產(chǎn)線到大海的探索，乃至太空探索等領(lǐng)域，機(jī)器人堪稱是無處不在。目前機(jī)器在人類的生活與工作中隨處可見，機(jī)器人發(fā)揮著越來越重要的作用，在很多的的領(lǐng)域已經(jīng)代替著人類的勞動，人類已經(jīng)越來越依賴機(jī)器人的幫助。未來的機(jī)器人是一種能夠代替人類在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下從事危險、復(fù)雜勞動的自動化機(jī)器，是集機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)、控制論、計算機(jī)、人工智能和系統(tǒng)工程等多學(xué)科知識于一身的高新技術(shù)綜合體。各種機(jī)器人的多用化，昭示著機(jī)器人技術(shù)燦爛的明天。

2、機(jī)器人總體設(shè)計

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已廣泛應(yīng)用于人類社會生活的各個領(lǐng)域，尤其是舞蹈機(jī)器人具有人性化、造型美觀、技術(shù)含量高的特點，在青少年中很受歡迎。該項目設(shè)計了一個具有簡單人體功能和模擬舞蹈動作的仿人機(jī)器人，完成了簡單人體舞蹈的基本動作。它可以前后移動、左右左右、左右擺動、前后擺動手臂。行為，盤旋，頭部動作靈活。機(jī)器人由底座、頭部、上半身、下肢和電路控制板組成，控制電機(jī)和手臂、頭部、底盤等運動的傳動機(jī)構(gòu)等。通過電路控制和機(jī)械傳動，機(jī)器人可以完成各種動作。方案如圖1所示：

3、機(jī)械設(shè)計

機(jī)器人整體機(jī)械結(jié)構(gòu)采用仿人型結(jié)構(gòu)，用了17個舵機(jī)作為機(jī)器人的關(guān)節(jié)點，具有17自由度。腿是兩足行走。他們可以在平坦不平的地面上、樓梯上下行走。路面平整度好，接縫好，牽引平穩(wěn)。如圖2。腰部的設(shè)計是腰部的仿人機(jī)器人，主要承接如果上部的重量，腰部可以做最佳的旋轉(zhuǎn)水平設(shè)計時，如果不將大大影響機(jī)器人的平衡；從而降低可變部分，腰部的轉(zhuǎn)動不使用電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動其他機(jī)構(gòu)終于把腰部的設(shè)計，而是直接利用電動機(jī)來實現(xiàn)彎曲。手臂機(jī)構(gòu)是整個機(jī)器人的重要組成部分，具有更大的手臂自由度，許多動作都是通過手臂反射出來的。因為頭部機(jī)構(gòu)比較簡單，所以我們用手把它畫在一起。由于設(shè)計要求不點頭，我們只需要一個馬達(dá)來實現(xiàn)頭部運動，如圖3所示。

4、軟件設(shè)計

根據(jù)以往機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和電路設(shè)計，單片機(jī)上的控制程序主要包括主程序和相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。本設(shè)計是按照模塊化編程思想用C語言編寫的。所有機(jī)器人的執(zhí)行部分都是在子函數(shù)中完成的。主要功能只負(fù)責(zé)調(diào)用子功能，保證了良好的維護(hù)和清晰的代碼結(jié)構(gòu)。在主程序中，首先對單片機(jī)進(jìn)行初始化，然后調(diào)用脈沖寬度調(diào)制函數(shù)，使相應(yīng)的電機(jī)達(dá)到預(yù)定的速度。然后進(jìn)入程序中的主循環(huán)，主要職責(zé)是設(shè)置堆棧指針和中斷向量。對所用到的特殊寄存器進(jìn)行初始化和舞蹈動作初始化.主程序軟件框圖如圖4：

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