關(guān)于舞蹈機(jī)器人研究

1、智能機(jī)器人結(jié)課論文華北科技學(xué)院智能機(jī)器人結(jié)課論文關(guān)于舞蹈機(jī)器人的研究學(xué)院（系）：電子信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：成 績(jī)：目 錄摘要 4Abstract 51緒論 62機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 62.1 智能機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容 62.2 智能機(jī)器人設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)與要求 63.舞蹈機(jī)器人的設(shè)計(jì) 73.1 機(jī)械部分 73.2 底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 73.3 彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 83.4 轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 103.5 手臂與頭部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 11參考文獻(xiàn) 1313摘要本文研究舞蹈機(jī)器人的主要作用與應(yīng)用，主要作用是供人觀賞，為人解憂。論文主要研究了舞蹈機(jī)器人的功能及工作要求， 控制對(duì)象舞蹈機(jī)器人的工作原理、 動(dòng)

2、作過程，與一些簡(jiǎn)單的舞蹈動(dòng)作與相應(yīng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。XXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXo研究結(jié)果表明：舞蹈機(jī)器人具有較好的實(shí)際應(yīng)用性，機(jī)器人學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門綜 合運(yùn)用機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)等多種工程學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)與創(chuàng)造能力的舉足 輕重的學(xué)科。并且具有很好的觀賞價(jià)值。本文的特色在于：比較詳細(xì)的解釋了舞蹈機(jī)器人的設(shè)計(jì)，以及舞蹈機(jī)器人的實(shí)用價(jià) 值。關(guān)鍵詞：舞蹈機(jī)器人；應(yīng)用；觀賞；價(jià)值A(chǔ)bstractThe main function and Application Research of dancing robot, the main role is for people to

3、watch, as the people who.This paper mainly studies the functions and requirements of dancing robot, working principle, control object dance robot movement process, and some simple dance movements and the corresponding mechanism design.The results show that: the dance robot has practical application

4、of good, robotics has already developed into an integrated use of mechanical, electrical, computer, industrial and manufacturing a variety of engineering disciplines of basic knowledge and ability of the subjects play a decisive role. And has good ornamental value.The characteristic of this paper is

5、: a more detailed explanation of the design of dancing robot, and practical value of dancing robot.Key Words： Dance robot; application; ornamental value1緒論機(jī)器人技術(shù)作為20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，自20世紀(jì)60年代初問世以來， 經(jīng)歷40余年的發(fā)展已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。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(xiǎn)、復(fù)雜勞動(dòng)的自動(dòng)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(jì)算機(jī)、人工智能與系統(tǒng)工程等多學(xué)科知識(shí)于一身的高新技術(shù)

6、綜合體。走向成熟的 工業(yè)機(jī)器人，各種用途的特種機(jī)器人的多用化，昭示著機(jī)器人技術(shù)燦爛的明天302機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求2.1 智能機(jī)器人設(shè)計(jì)的內(nèi)容隨著現(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(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是 舞蹈機(jī)器人具有人類外觀特征、可愛的外貌、又兼有技術(shù)含量，極受青少年的喜愛。本 課題要求設(shè)計(jì)一具有簡(jiǎn)單人體功能的、模擬舞蹈動(dòng)作的類人型機(jī)器人，完成簡(jiǎn)單人體舞 蹈的基本動(dòng)作：可以前進(jìn)后退，左右側(cè)行，左右轉(zhuǎn)彎與前后擺動(dòng)手臂，行走頻率為每秒 兩步，舉手投足、轉(zhuǎn)圈、頭部動(dòng)作靈活、并具備的語音功能。通過語音識(shí)別技術(shù)，可以 對(duì)小機(jī)器人進(jìn)行語音控制，通過發(fā)出語音命令，控制機(jī)器人的。機(jī)器人包括底座

7、、頭部、 上身、下肢、以及電路控制板，分別控制手臂、頭部與底盤運(yùn)動(dòng)的電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 通過電路控制與機(jī)械傳動(dòng)，可使機(jī)器人動(dòng)作。知識(shí)范圍涉及機(jī)構(gòu)學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)、自 動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能等。2.2 智能機(jī)器人設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)與要求1、機(jī)器人身高80120 cm,表演時(shí)機(jī)器人隨音樂翩翩起舞，動(dòng)作協(xié)調(diào)、靈活；2 、表演各種舞蹈的基本動(dòng)作，具體動(dòng)作可自行設(shè)計(jì)。涵蓋行進(jìn)、轉(zhuǎn)圈、舉手投足、 頭部等動(dòng)作；3、整套動(dòng)作持續(xù)4分鐘左右；4、機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，重量輕；5、靈活的多功能機(jī)器手臂：活動(dòng)空間大，可 360度旋轉(zhuǎn)。6、采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠。3.舞蹈機(jī)器人的設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械部分機(jī)械部分包括：底盤

8、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、手臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、 轉(zhuǎn)頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。3.2 底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(1)行走式簡(jiǎn)圖如下(ZZD 在與祇蜀策克的手而上：主動(dòng) U22)在與紙面平行的平面上運(yùn)動(dòng)圖3.2行走機(jī)器人簡(jiǎn)圖行走式，能夠在平地上、凹凸不平的地上步行，能上下臺(tái)階，其粗糙路面性能較 好，好的關(guān)節(jié)，穩(wěn)定好的牽引力。它的缺點(diǎn)是不能原地轉(zhuǎn)動(dòng)，速度慢，控制復(fù)雜，移動(dòng) 困難，操縱性差，機(jī)械復(fù)雜，電機(jī)性能要求嚴(yán)格，價(jià)格昂貴。(2)移動(dòng)方式為履帶式簡(jiǎn)圖如下導(dǎo)向輪圖3.3移動(dòng)方式圖履帶式移動(dòng)方式的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，適合爬坡度比較大的地方，這是輪式所做不的 但缺點(diǎn)是加工制作比較麻煩，履帶一般是需要到市場(chǎng)上購買的，

9、且摩擦力很大、能量損 耗大。(3)前輪偏轉(zhuǎn)后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)式簡(jiǎn)圖如下圖3.4底盤移動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)車體任意的定位與定向，可以做到零回轉(zhuǎn)半徑。特別是能通過將輪向正交 速度方向?qū)崿F(xiàn)急停。車底盤、四輪、驅(qū)傳動(dòng)裝置、舵機(jī)與控制盒的行走信道共同組成行走系統(tǒng)。但由于前后啟動(dòng)慣性不一樣，導(dǎo)致機(jī)器人的不平衡，特別是重心高的機(jī)器人(4)輪式差速驅(qū)動(dòng)圖3.5底盤移動(dòng)方式采用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，兩個(gè)萬向輪，萬向輪用于平衡。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造及裝配；能 在原地旋轉(zhuǎn)以獲得不同的方向。因此它是比較適合的一種底盤機(jī)構(gòu)。3.3 彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)腰部的設(shè)計(jì)思路是，作為人形機(jī)器人的腰部，主要做要是承接了上部的重量，設(shè)計(jì) 的時(shí)候腰部能做到水平的轉(zhuǎn)

10、動(dòng)最好，如果不能將會(huì)極大地影響整個(gè)機(jī)器人的平衡；所以 盡量減少可變的環(huán)節(jié)，故在腰部轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)中不采用電機(jī)再經(jīng)傳動(dòng)其他機(jī)構(gòu)最后帶動(dòng)腰 部的轉(zhuǎn)動(dòng)方式，而是直接使用電機(jī)實(shí)現(xiàn)彎腰。(1)齒輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖3.6齒輪傳動(dòng)方式齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是平穩(wěn)，自鎖性好，精度高。但加工比較困難，且不利于固定，造價(jià)也很高。(2)連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下下腰部圖3.7連桿傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，更重要的是它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律正好符合人體運(yùn)動(dòng)的原理。我們的 舞蹈機(jī)器人就是采用這樣的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)彎腰的。(3)連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖二具體實(shí)現(xiàn)方式如下：先通過一根軸穿過鞠躬機(jī)構(gòu)與機(jī)器人上半身的兩只手臂固定， 然后電機(jī)通過一個(gè)搖桿連接到彎腰機(jī)構(gòu)的一個(gè)長(zhǎng)方形

11、槽中，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，帶動(dòng) 鞠躬機(jī)構(gòu)做以與手臂固定軸為中心的前后彎腰鞠躬?jiǎng)幼鳎璧牧慵ㄒ桓S，一個(gè) 帶有與軸相同大小的孔與在孔同一側(cè)的開有長(zhǎng)方形槽的鋁條。并且考慮在這個(gè)機(jī)構(gòu)上， 能夠與手臂機(jī)構(gòu)相固定。機(jī)構(gòu)如圖所示：手臂與頭部機(jī)構(gòu)固定用O 一軸孔嚷-長(zhǎng)方形槽正視圖鞠躬機(jī)構(gòu)的裝配順序如下：機(jī)器人鞠躬機(jī)構(gòu)(1)取適當(dāng)長(zhǎng)度的鋁條打軸孔與磨長(zhǎng)方形槽，在上身支架兩端打相同的孔，軸穿過該鋁 條后穿過兩個(gè)支架并固定好(2)加工可固定于電機(jī)軸上的搖桿，一端可固定住電機(jī)，另一端固定搖桿的軸并與加工好的鋁條的長(zhǎng)方形槽相結(jié)合(3)將電機(jī)固定在上身左邊支架的一側(cè)(4)為了防止彎腰機(jī)構(gòu)前傾，用兩根橡膠帶做一定的

12、固定，以使電機(jī)拉住機(jī)構(gòu)向下彎腰 時(shí)更加穩(wěn)定在彎腰機(jī)構(gòu)中，如果將機(jī)構(gòu)的位置與方向調(diào)換過來，動(dòng)作就可變?yōu)榧绲淖笥覔u擺， 因?yàn)樵O(shè)計(jì)水平有限，沒有將兩種動(dòng)作結(jié)合在一起的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出來。3.4 轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(1)連桿原理實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與彎腰機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理差不多，在此就不做多的比較論證了。我們還是采用連桿機(jī)構(gòu)，但具體的設(shè)計(jì)又與前面稍微不同。上腰部電機(jī)I圖3.9轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)電機(jī)做轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)身機(jī)構(gòu)手手口*滾動(dòng)軸承I腳II腳I固定裝置電機(jī)軸承外圓軸承內(nèi)圓及固定孔頂視圖正視圖圖3.10機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人左右轉(zhuǎn)身的動(dòng)作，主要部件包括一個(gè)滾動(dòng)軸承、 一個(gè)自行加工的可固定滾動(dòng)軸承

13、內(nèi)部圓的零件，以及必備的其它固定零件。滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)在于當(dāng)內(nèi)圓固定時(shí)，外圓可以轉(zhuǎn)動(dòng)，反之亦然。機(jī)器人的腰部機(jī)構(gòu) 正是從這個(gè)特點(diǎn)出發(fā)制作的，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人腰部左右轉(zhuǎn)動(dòng)，就讓滾動(dòng)軸承內(nèi)部圓與可周 定電機(jī)軸的傳動(dòng)零件固定，同時(shí)該零件與機(jī)器人下身機(jī)構(gòu)固定，滾動(dòng)軸承與機(jī)器人上身 機(jī)構(gòu)固定，再將電機(jī)與傳動(dòng)零件固定后又與上身機(jī)構(gòu)固定， 這樣，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中， 利用軸承的作用，機(jī)器人下身機(jī)構(gòu)不動(dòng)時(shí)，由于上身機(jī)構(gòu)與軸承外圓固定，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶 動(dòng)了軸承外圓的旋轉(zhuǎn)，于是，機(jī)器人上身就繞著軸承中心作轉(zhuǎn)身運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是電機(jī)軸受力較大，電機(jī)容易損壞，同時(shí)要求電機(jī)有足夠的轉(zhuǎn)矩。3.5 手臂與頭部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 圖3.1

14、1手臂機(jī)構(gòu)手臂機(jī)構(gòu)的是機(jī)器人整體比較重要的環(huán)節(jié)，手臂自由度較多，機(jī)器人的很多動(dòng)作都 通過手臂體現(xiàn)出來。由于頭部機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在此與手部一起畫出來，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求沒 有點(diǎn)頭動(dòng)作，我們只要一個(gè)電機(jī)來達(dá)到頭部動(dòng)作就可以了。手臂機(jī)構(gòu)就是機(jī)器人的兩只手臂，在本次設(shè)計(jì)中將機(jī)器人的手部的兩個(gè)電機(jī)與帶動(dòng) 機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)固定在了同一個(gè)機(jī)構(gòu)上，同時(shí)，將該手臂與前后彎腰的機(jī)構(gòu)相周 定，構(gòu)成機(jī)器人的上半身機(jī)構(gòu)的一部分，然后該整體又與機(jī)器人的左右支架與腰部機(jī)構(gòu) 相結(jié)合，一起構(gòu)成機(jī)器人的上半身機(jī)構(gòu)。參看做的很好的機(jī)器人的例子，機(jī)器人的手臂是機(jī)器人復(fù)雜程度的重要標(biāo)志之一。 手臂所具有的自由度越多，動(dòng)作時(shí)活動(dòng)的空間就越大

15、，所做的動(dòng)作就越精細(xì)，完成的任 務(wù)就越復(fù)雜。本次設(shè)計(jì)機(jī)器人的手臂由一根橫桿構(gòu)成，左右兩端分別固定左右手的兩個(gè)電機(jī)，可 做前后360度的旋轉(zhuǎn)，中間固定機(jī)器人的頭部電機(jī)，可帶動(dòng)頭部做 360度的旋轉(zhuǎn)，其中 手臂的機(jī)構(gòu)還可以繼續(xù)擴(kuò)展，在肩部上與臂末端可再擴(kuò)展兩個(gè)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的 動(dòng)作。如圖所示:同時(shí)，為了防止手臂旋轉(zhuǎn)過度使動(dòng)作錯(cuò)亂，同左右轉(zhuǎn)腰的機(jī)構(gòu)一樣，可在機(jī)器人手臂轉(zhuǎn)動(dòng)限定角度內(nèi)裝上限位開關(guān)，以達(dá)到動(dòng)作的一致性。裝配順序：(1)選擇合適鋼性材料鉆好孔后將左右手兩個(gè)電機(jī)與頭部電機(jī)固定住(2)將上述做好的機(jī)構(gòu)通過一塊鋼片鉆孔后用螺釘固定在前后彎腰的機(jī)構(gòu)上(3)將兩個(gè)傳動(dòng)桿固定到左右兩個(gè)手臂電機(jī)上

16、，在傳動(dòng)桿的另一端固定直徑大小適合的兩根鋼軸作為機(jī)器人的手臂用(4)將一個(gè)傳動(dòng)桿固定在機(jī)器人的頭部電機(jī)的軸上，作為機(jī)器人可360度轉(zhuǎn)動(dòng)的脖子參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 黃 冰.微機(jī)原理及應(yīng)用M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.2 蔡自興.機(jī)器人學(xué)M.北京：清華大學(xué)出版社，2000.9.3周遠(yuǎn)濤，張自興，許萬雍，賈培發(fā)等.智能機(jī)器人系統(tǒng)M.北京：清華大學(xué)出版社， 1988.4計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)百科全書（選編本）J.清華大學(xué)出版社.2002.5 侯朝幀.微機(jī)與單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)M,北京：北京理工大學(xué)出版社，1995.6 余永權(quán).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù)M.北京：北航出版社，1991.7羅宜晶.多媒體計(jì)算機(jī)軟件大全J.成都：電子科技大學(xué)出版，1991.8 高海生等.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全M.成都：西南交大出版社，1996.9 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編1/2/3M.北京：北航出版社，