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摘要：舞蹈機器人是一種娛樂類機器人。本文針對其設計結構，以及操控性能的要求，以51系列單片機為處理器，設計和實現了基于舵機達到控制機器人舞蹈動作的效果。
關鍵詞：舞蹈機器人；51單片機；舵機
1設計機器人技術的難點和關鍵點
通過對參加2007年Robocup的比賽，發現設計機器人的難點和關鍵技術主要在以下方面：1）控制軟件。目前，市場上僅有同時支持16個舵機運轉的軟件，也就是這款軟件的控制通道只有16個，不足以滿足這款有兩個直流電機與26個舵機的機器人實際需求。由于51單片機的端口有限，所以只能把16通道升級為24通道，創造性的用一根線連接兩個舵機，即往兩個極位角相差180的舵機上傳送同一個信號，最終實現了機器人變形后翅膀和機翼的動作；2）對機器人直流電機的控制。要單獨設計電路板，以確保動作的準確性，避免線路之間信號造成的互相干擾；3）機械設計方面。機器人在設計尺寸上有嚴格的規定，其自身的構造必須要科學設計，要合理分布其自身的重量，以便于達到機器人重心盡可能得到合理調整的目的，同時還要二次加工個別位置的舵機[1]。
2具體實現過程
1）機械設計。以前研發比較成熟的機器人為基礎，添加一些類人型舞蹈動作模塊，如手指、腕部、腿部、頭部等部位的模塊。機器人通常使用3種電機，也就是步進電機、直流電機和舵機這三種。通過對這三種電機進行綜合對比，舵機最終被決定用在機器人的各個關節部位，但機器人變形后的輪子，則是用直流電機來驅動。這樣機器人電機的安裝可以結合自身的結構特點省去麻煩，還能使電池的負載大大減輕。機器人采用SolidWorks2006來構建三維建模平臺，在整體建模結束后，所進行的工作模擬仿真一般是通過Solidworks的COOS/Motio模塊來實現。當前面臨的難題是選擇機器人本身材料。大家都很難完美解決機器人自身重量和結構強度的矛盾，綜合考慮多方面原因，決定采用鋁合金構件來作為機器人的整體結構，把電木板材構件應用于摩擦較劇烈的部位。有機玻璃不僅美觀，抗沖擊性能還比較穩定，所以把其用于腳掌部位。上述做法，都是為了讓機器人具備高強度的同時，還必須控制其重量在規定的范圍里。為防止機器人舵機的連接件出現故障，特意采用同軸連接器對舵機實施二次加工改造，提升了舵機的穩定性，后來舵機連接件幾乎沒有發生過脫落現象。2）控制系統設計?？刂齐娐废到y采用Atmel8051單片機，12MHz晶振，RS232通訊部件，I2C總線插座，24路舵機控制器接口。操作軟件采用24路舵機控制器，是由我國自主研發，與機器人的連接通過串口實現，拖動數據滑桿即可實時操控機器人[2]。由于端口通訊的實時性較強，所以舵機能夠實時對信號做出響應，做出想要的舞蹈動作?？梢园迅鞣N舞蹈動作制作成相應的數據，并把其存入數據庫里，借助Access和MATLAB，數據庫可以對其進行數據的編輯和處理，使單個機器人的數據在不同機器人上實現共享，減少后期動作編排的麻煩。可借助軟件對動作數據進行后期處理，處理后的數據格式能被單片機直接識別，利用Top2003編程器寫入24C64，而后將其插入I2C插槽。撥動機器人開關后，其可直接讀取于E2PROM中的數據，機器人能獨立表演舞蹈。表演前，要加裝無線收發模塊，跳線后，通過遙控器就可以對機器人的執行動作進行控制。由于成本因素，選擇了簡易遙控器，其電路板是接收組建的集成。在開始對機器人進行調試過程中，舵機的運轉會斷續出現不穩定的狀況。后來經大量實驗發現，通過調整輸入的電壓、改變輸入信號的波形以及優化電路板的布局等措施，可以有效減少這一狀況的發生，使機器人能夠更加平穩的工作。為便于機器人故障后的檢修和維護，始終要把模塊化思想貫穿在控制系統進行整體設計中，這樣能確保模塊的通用性和損壞后維護、更換的便捷性，所以，要分開設計舵機控制模塊、直流電機控制模塊和電源模塊[3]。
3結束語
整個系統接受遙控的指令較為準確度，可控性強，流暢完成了各項舞蹈動作，完成了最初的設想。從效果上來看，整個設計流程還是比較切實可行的，并在2007年Robocup取得了很好的成績。但是也存在一些問題，如舵機間歇性失穩、機器人自身平衡控制等，也有待進一步去做出改進。
參考文獻：
[1]張晉西,郭學琴.SolidWorks及Cosmosmotion機械仿真設計[M].北京:清華大學出版社,2007.
[2]胡漢才.單片機原理與系統設計[M].北京:清華大學出版社,2002.
作者:張繼偉 王鑫 單位:哈爾濱遠東理工學院
