【S070】校园场景中的探索者智能表演机器人
作品说明 |
1. 绪论
机器人技术作为21世纪非常重要的技术，与网络技术、通信技术、基因技术、虚拟现实技术等一样都属于高新技术。它涉及的学科有材料科学、控制技术、传感器技术、计算机技术、微电子技术、通讯技术、人工智能、仿生学等等，很多学科机器人是具有一定的仿人型能力机器，是在某种场合下可以代替人工作的自动化装置。机器人研究的领域主要分成三类，即工业机器人、服务机器人以及娱乐机器入。工业机器人已应用于许多工业相关领域，目前正朝着水下、空间、核工业、医用以及军用机器人等方面发展。娱乐机器人包括机器人宠物、具有对抗性的比赛机器人（如舞蹈机器人和足球机器人）等。服务机器人可以为人类提供某项或某些项服务，主要用于迎宾、翻译、导游、短距离运输和家庭服务等场所。
本项目所设计的在校园场景或者校园生活中表演的探索者智能表演机器人，涉及到行走（快步，漫步）、原地踏步、匍匐前进、跳舞、俯卧撑、劈叉等，能够完成较复杂的动作，这些动作的实现，无论是对研究娱乐型机器人还是服务型机器人都很有意义。
2. 场景调研
2.1 探索者智能表演机器人在校园场景中的应用
在校园场景中，机器人智能表演是一道靓丽的风景线，让智能表演机器人走进校园、走进教室、走进同学们。通过这种方式，不仅能够启迪学生对（探索者）智能机器人的认知，激发学生学习科学技术与探索者知识的积极性，激发学生的探知欲，还能够更好的服务同学，让同学们在紧张的学习氛围之余，能够欣赏机器人的表演，放松心情。
当学校开展迎新工作时，探索者智能表演机器人能够编排舞蹈，吸引新生的注意力；当学校开展晚会或者表演活动时，探索者智能表演机器人可以在开幕、高潮或者结尾部分作为亮点演出；在垃圾桶旁，使机器人做弯腰捡拾等动作，可以提醒同学们要正确垃圾分类，捡起地上的垃圾放入垃圾桶，爱护校园环境等。探索者智能表演机器人能够让更多的青年对机器人感兴趣，涌向人工智能、机器人领域。
2.2 机器人表演场地改进方案与实施
在机器人表演过程中，发现场地仍存在较大问题，比如机器人在表演过程中，会受到地面较大的摩擦力，致使表演时一些动作会不流畅或者使机器人重心不稳而摔倒。
改进方案与实施：为解决地面摩擦力较大的问题，我们根据智能表演机器人在校园不同场景中的实际情况进行场地改进。在舞台上，当机器人表演时会铺设木地板或者瓷砖；在校园露天的环境下，在机器人表演的地方垫铺一层光滑布料并使布料四角牢牢固定，防止在机器人表演时出现褶皱。
3. 机器人本体技术路线说明
机器人使用Arduino编写好的程序进行步态控制，是一个具有六自由度的双足机器人。
作者：张政 张一兵 朱姝萌
单位：泰山学院
指导老师：任崇刚
作品说明
3.1 主要功能
机器人主要功能非常多，可以行走（快步，漫步）、原地踏步、匍匐前进、跳舞、俯卧撑、劈叉等，能较好的模仿生物的运动形态。
3.2主要技术参数
为了减少重力的干扰，一般先把机器人调整成直立状态采值。采值后，需要注意的是舵 机0、3的初始值应在上个步骤结果值基础上减去10，使其进入行走姿态。
将程序下载到主控板，然后将主控板、电池安装到机器人最上面的平台，然后连接好舵机线，机器人应该就可以正常行走了。
3.3工作原理
机器人使用了arduino程序。通过将多个关节模块串联累加，构建成多自由度的机器人，每一个关节为一个自由度，从而实现机械臂、人形机器人结构。
4. 机械设计
4.1 智能表演机器人的头部
整个头部采用简单的连接方式，使用轻质铝板拼接出头部外形，两个原型铝板作为机器人的耳朵。基于生物的主要形态，在耳朵处做了简单的外观创新。
4.2 智能表演机器人的身体
4.2.1 机械臂
为了各个动作能够更为协调美观，为机器人添置了两个机械臂，将舵机安装在机器人的肩部，能够更好的操控手臂的抬降，也可以增加其美观性。
4.2.2膝盖及腿
根据生物的运动形态以及为了使机器人能够更稳的行走，给机器人增添膝关节，从而使机器人腿部的自由度更高。腿部共采用四个舵机，能够使机器人在表演过程中更稳重，也能够使其做更多的动作。
4.3 整体装配
5. 示例程序
#include <Servo.h> void setup() { servo_pin_4.attach(4); servo_pin_7.attach(7); servo_pin_11.attach(11); servo_pin_3.attach(3); servo_pin_8.attach(8); servo_pin_12.attach(12); } void loop() { { servo_pin_4.write(90 ); servo_pin_7.write(90 ); servo_pin_11.write(90 ); servo_pin_3.write( 90 ); servo_pin_8.write( 90 ); servo_pin_12.write(90 ); } } #include <Servo.h> #define ANGLE_VALUE_MIN 0 #define ANGLE_VALUE_MAX 180 #define PWM_VALUE_MIN 500 #define PWM_VALUE_MAX 2500 #define SERVO_NUM 12 Servo myServo[SERVO_NUM]; void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { while(Serial.available()) { data = Serial.readStringUntil('\n'); data.trim(); for(int i=0;i<data.length();i++) { //Serial.println(data[i]); switch(data[i]) String angle = ""; T_flag = i; for(int i=P_flag+1;i<T_flag;i++) { angle += data[i]; } data_array[1] = angle.toInt(); |
6. 作品的难点及解决方案
6.1 难点
在设计校园场景中的探索者智能表演机器人时，首先应设计好机器人基本的结构外形与舵机安放位置，使其更具美观性；其次利用arduino对舵机进行控制，包括对舵机的调零、对舵机的度数控制等。
其中最难控制的便是机器人的稳定性，由于其拼装结构的复杂性，不容易确定机器人的重心，致使机器人在完成动作和做快步行走时会产生不稳定的现象。然后便是机器人的足部与地面接触部分会产生较大的摩擦，使其动作不够流畅。
6.2 解决方案
为了减少重力的干扰，一般先把机器人调整成直立状态采值。采值后，需要注意的是舵 机0、3的初始值应在上个步骤结果值基础上减去10，使其进入行走姿态。
将程序下载到主控板，然后将主控板、电池安装到机器人最上面的平台，然后连接好舵机线，现在机器人应该就可以正常行走了。并且在机器人表演的场地铺设光滑的布料等，从而使机器人的动作更加流畅。
7. 总结
7.1 不足以及改进
程序较为简单，机器人能够做到的动作仍较少且步态动作较为不稳。
可以改进机器人的机械结构与拼装材料，更好的改进代码。
7.2 致谢
在备战比赛的过程中，学院、老师和同学都给予了我们很大的帮助和鼓励，在此谨表达对他们由衷的感谢。
参考文献
[1] 马卓，刘舟洲.基于物联网的自适应六足机器人的设计
[2] 解文军 Arduino 长安其套件多用电路版的设计
* 本项目未获得作者开源授权，无法提供资料下载。
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