赵 恒 郭 峰 钱黎明

（南通理工学院 机械工程学院，南通 226002）

音乐机器人以其较好的展示和互动效果获得了研究人员的青睐。乐器演奏机器人通过电子控制装置控制机械结构，达到了模拟人类演奏乐器的效果，目前主要有非人形和拟人形两种形式。系统设计时通过分析人类在击打时的动作，参照仿生学原理设计演奏机构，完成了各演奏机构的控制系统设计[1]。

1 架子鼓机器人的总体设计

1.1 系统总体设计方案

为达到架子鼓机器人的运动控制目标，使架子鼓机器人能够完成相应的演奏动作，控制系统整体设计如图1所示。

图1 控制系统整体设计

1.2 控制器硬件设计

1.2.1 主控电路

采用Arduino Mega 2560单片机作为主控制器，主要作用是驱动各个电机的动作，包括伺服电机驱动电路、减速电机驱动电路和微型伺服电机驱动电路。此外，要连接电源管理电路、显示电路和串口通信电路。

1.2.2 步进电机驱动电路

根据架子鼓机器人的整体设计方案，需要4个电机作为机械臂的动力元件。通过各种参数对比，选用42 mm行星减速步进电动机，型号为42HB48-401A，保持扭矩0.6 N·m[2]。使用小步步伺服控制板驱动步进电机，采用14位高精度磁编码器，安装在42 mm步进电机上，实现位置反馈。输入电压为8～36 V直流，峰值输出电流为±2 A，闭环反馈频率6 kHz，精度高于0.112 5°。

1.2.3 直流减速电机设计

为了满足机器人行走时的稳定性，选用具有减速齿轮的直流电机，能够产生较慢的转速和较大的扭矩，具有高过载能力。选用型号42GA775的直流减速电机作行走机构的执行元件，转速高达600 r·min-1，最大扭矩为60 kgf·cm。……