摘要：现阶段，机器人的应用领域不断拓宽，研究具有人类智能、灵活性，并能够与人交流，不断适应周围环境的机器人一直是人类的梦想之一。人形舞蹈机器人作为人形机器人的一种，能够随着音乐和舞蹈翩翩起舞，所展现的观赏性和科学性将给人们带来极大的视觉冲击和科技享受，在教育娱乐服务等方面前景光明。本文从舞蹈机器人的概述展开，重点讨论了其机械结构设计和舞蹈动作的调试。

关键词：人形机器人;结构设计;舵机选型;舞蹈动作

中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：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

近年来，仿生科技发展迅猛，仿生科技在机器人技术发展领域的表现格外引人注目，其中人形机器人的研究和发展尤其受到各国研究人员青睐，成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。

人形舞蹈机器人除了可以用脚走路外，更可以表现各种高难度的仿人动作，如跑步、侧翻、跳跃、滚翻、倒立、上下台阶等，机器人身手敏捷，动作多姿多彩，令人大开眼界。

2结构设计

2.1机械结构。舞蹈机器人的设计一般要经过创意提出、初步设计、组装调试、最终定型等几个大的步骤。其中很重要的一个环节是机械结构设计，它关系到后面机器人的整体性能以及控制系统的设计，一个好的结构设计可以极大的方便之后的调试以及表现。

我们按照人体三段式对称结构，即头部，躯干，双臂及腿部设计（如图2-1）。各种仪器设备（如摄像头）可以安装在头部，以实现目标的识别及人机交互。躯干部则是整个机器人的结构核心，起固定和配合双臂动作作用，控制电路板可以安装在此处。腿部则影响着机器人的重心位置，腿部结构精确可以更好的模拟人类行走，使得整个机器人更加稳定。

2.2自由度分析。我们设计的人形机器人，高960mm，重10kg，共有19个自由度（如表2-2），包括头部的1个自由度，手臂部位的4*2=8个自由度（肩关节2+肘关节1+腕关节1），腿部（表中未列出）的5*2=10个自由度（腰关节2+膝关节1+踝关节2）。

2.3电动机的选择。对于机器人来说电机通常有3种，即步进电机、直流电机和舵机，其中步进电机速度控制精确，但是扭矩较小，体积大;直流电机扭矩大，功耗小，但是电流较大，难以达到精确控制;舵机接口简单，功率中等，价格便宜，但是扭矩较小，速度调节范围较小。

3舞蹈动作

3.1舞蹈动作的设计。在设计舞蹈动作时，我们采用截取动作的方法，即将选取好的舞蹈动作拆分成一个个单独的状态，然后剔除一些较为复杂的难以表现的动作，之后配合音乐重新组合形成一套全新的舞蹈动作。

3.2舞蹈动作的实现。在机器人实现设计好的舞蹈动作时，舞蹈动作的稳定和连贯、动作的美感和活力以及是否能跟上音乐节奏等问题都是我们必须考虑的，因此须得细细推敲并反复调试。

将设计好的动作按一帧一帧的顺序播放（一帧一个状态），依次在機器人上实现动作。舞蹈机器人在做动作时是按顺序读取预先设计好的动作程序，而这些动作程序是每个舵机转动的角度数据。

具体步骤：①将选取的舞蹈视频慢速播放，并截取成一帧一帧的图像，将每一个动作分解成一个又一个的状态（若前后两个状态变化幅度过大，则插入一个过渡状态，实现缓冲和衔接的目的）。

②按照每一帧的图像，对应确定每一个舵机的旋转角度。

③配合音乐的节奏、速度以及形式并考虑机器人的实际现，不断调整动作的时间间隔，使得舞蹈动作与音乐节奏相得益彰。

④反复的观察和调试之后，确定最终舞蹈动作。

连接机器人→动作状态→编辑调试机器人

4结语

人形机器人集机电、材料、传感器、计算机控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志，因此，世界发达国家都不惜投入巨资进行开发研究。

人形舞蹈机器人研究在很多方面已经取得了突破，如机械单元、基本行走能力、整体运动、动态视觉等，但是离我们理想中的要求还相差甚远，未来我们还需要在机器人的思维和学习能力、与环境的交互、躯体结构和四肢运动等方面进行更进一步的研究。

参考文献：

[1]杨东辉，徐嘉隆，陈海东.高自由度舞蹈机器人的设计和实[D].西北工业大学，2008，5

[2]肖慧杰.舞蹈机器人控制系统研究与设计[D].东北大学，2006

[3]陈睿，罗文宽，王硕，顾孟琪等.仿人形舞蹈机器人的设计与实现[D].产业与科技论坛，2017

作者简介：来盼盼（1999.05-），男，汉族，陕西省咸阳市人，西安市未央区长安大学，机械电子工程专业，本科生。