智能跳舞机器人的设计与制作
摘 要在智能化发展迅速的今天，智能机器人是人们广泛研究的一个领域，它可以丰富人们的生活，有时也会替代我们做一些人无法完成的事，现在的一些大型商场用机器人来吸引顾客、大多工厂为了节约成本用机器人来代替人工，提高了生产效率。本次项目设计主要是研究舵机控制的智能机器人，阐述了如何应用Arduino开发板来控制机器人，通过Android手机与机器人蓝牙模块的通信，实现自动避障，触摸传感，声波测距，点阵表情等功能。可通过手机APP对其控制，完成一些简单的舞蹈动作，另外自行设计机器人3D外形，并标注了的logo。可为以后继续研究智能机器人提供基本的参考意义，在此基础上可以开发更多有趣的功能，为人们的生活增添更多的乐趣。
目 录
一、引言 1
（一）项目设计内容 1
（二）项目设计意义 1
二、设计方案选择 2
（一）设计能力需求 2
三、基础环境分析 2
（一）舵机的选择与介绍 2
四、硬件设计 3
（一）电源设计 3
（二）HC05蓝牙模块 4
（三）HCSR04超声波电路 5
（四）点阵（MAX721）设计 7
（五）触摸传感模块 8
（六）语言识别模块 8
（七）舵机模块 10
五、软件设计 10
（一）软件总体设计 10
（二）蓝牙和Android端通信协议 11
（三）避障程序 12
（四）语音识别程序 12
六、系统的组装与调试 13
（一）组装 13
（二）调试 13
总结与展望 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 Arduino模块程序 18
附录二 Android客户端程序 27
附录三 原理图 28
一、引言
近些年来，人工智能行业的发展非常迅猛，同时带动了生产制造业的飞速发展。“科学技术是第一生产力”，人工智能的发展推动了当今社会生产的卓越进步，它运用了大量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
复杂的算法给予机器，为了满足各行各业的行业需要，人们赋予了它多种功能。比如，生活中我们有小度、天猫精灵；生产制造业中有替代人工的专业智能机器人
机器人也是人工智能发展中的一大领域，机器人的发展也是被受人们广泛关注的焦点。如今，它也带给了人们不少的便利，同时也给我们添加了不少的欢乐。目前在各大行业都已经投入使用机器人，比如餐饮、医疗、导购、资讯、运输、生产等领域。
（一）项目设计内容
设计是基于舵机控制的会跳舞机器人，主要是靠Arduino开发板来实现各项功能。主要功能有：自动避障、蓝牙控制、超声波测距和手机APP遥控动作。其中以Arduino开发板为核心的超声波模块来实现自动避障功能，然后，用蓝牙模块来实现蓝牙控制的功能，非常方便使用，可用任何蓝牙配对使用，还有用超声波模块（HCSR04）来实现超声波测距（预测至少510米以内）。最后，配套自行设计制作的机械外壳，通过组装调试，同时记录数据，完成本次的设计制作。
（二）项目设计意义
因此，选择智能跳舞机器人作为研究项目，无论是在家居智能方面还是娱乐性陪同，都有很大的发展空间。随着科学技术的发展，各项技术的成熟完善，再加上科研技术人员的不懈努力，相信，不远的将来智能机器人会使我们生活中一部分，也相信机器人也会很好的服务于人们的，使我们的生活更加舒适幸福，同时它也会使得我们的生活更加丰富多彩。
二、设计方案选择
（一）设计能力需求
智能跳舞机器人主要实现底层各个模块和主板之间的通信，通过各模块采集到的数据信息，再传送到主板上，驱动各模块进行工作，通常在这个过程中我们会选择用单片机进行开发，然而这需要我们有较高的C语言编写能力和较强的单片机开发能力，而Arduino的开发对于初学者来说比较好接受，也灵活多变，不像其他开发环境要有较强的编写程序能力，Arduino语言是对AVRGCC库的二次封装，可以让开发者们从繁重的编程中解脱出来，使他们更关注自己要做的工作，另外Arduino平台还具有应用广、开发周期短等优点，Arduino不仅是全球最流行的开源硬件，也是最优秀的开发平台，所以在设计中，选择了以Arduino开发板为核心，设计方案如图1所示。
图1 设计总方案
三、基础环境分析
（一）舵机的选择与介绍
1.舵机的构成
舵机是由直流电机（普通的直流电机是以一整圈这样的规律转动的，而SG90舵机是转动不同的角度，且普通的直流电机是不会反馈位置角度信息的）、控制电路、降速齿轮组、传感器等构成。选择的是SG90舵机，它的重量只有9克，扭矩为1.6kg.cm(4.2v)。
2.按舵机信号分类
（1）数字式舵机：它的处理器是一种模拟芯片，是可可控制编程的，电磁干扰较严重，但速度相对快些。
（2）模拟舵机：这种舵机反应灵活，加减速迅速柔和，可以提高跟高的精准度和较好的固定力度。
3.舵机工作的原理
舵机总共有三根线电源线、地线和控制信号线。控制信号线主要给舵机控制电路传输信号，控制了电机的转动，而电机转动再带动齿轮组运转，这时传感器会输出一个电压信号，反馈到控制电路，控制电路才会根据反馈信号进行相应角度的转动。输出信号与转动角度关系如图2所示。
图2 舵机输出角度与输出信号关系
舵机主要是由可变的脉冲信号来进行控制的，一般周期为20个ms，其中脉冲宽度是从0.5—2.5个毫秒之间，当给它一个脉冲信号的时候，此时它的输出就会保持在相应的位置，等待下次获得脉冲信号。舵机本身内置一基准电路，其产生基准电压，一般该电压的产生周期在20个ms，这个位置就是舵机转动的最大角度，当比较器发现转动的最大角度和最小角度大致一样时，电机的转动信号就会产生了。
四、硬件设计
（一）电源设计
供电方式选择的是锂电池充放电模块，模块采用的是UCC5007的控制芯片，其可以对两节或三节电池组进行充放电，在此同时，它也会对电池组进行过流保护、过压保护、过温保护及短路保护等，它的充电电压可以达到5.5V左右，充电电流可达到2A左右，可见该电源模块的性能比还是非常高的。所以，不管从性能方面还是安全方面讲，选择锂电池供电模块是非常适合的。电源模块性能参数如表1 所示。
表1 电源模块参数
充电电压
DC4.5V5V
充电电压
02A
目 录
一、引言 1
（一）项目设计内容 1
（二）项目设计意义 1
二、设计方案选择 2
（一）设计能力需求 2
三、基础环境分析 2
（一）舵机的选择与介绍 2
四、硬件设计 3
（一）电源设计 3
（二）HC05蓝牙模块 4
（三）HCSR04超声波电路 5
（四）点阵（MAX721）设计 7
（五）触摸传感模块 8
（六）语言识别模块 8
（七）舵机模块 10
五、软件设计 10
（一）软件总体设计 10
（二）蓝牙和Android端通信协议 11
（三）避障程序 12
（四）语音识别程序 12
六、系统的组装与调试 13
（一）组装 13
（二）调试 13
总结与展望 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 Arduino模块程序 18
附录二 Android客户端程序 27
附录三 原理图 28
一、引言
近些年来，人工智能行业的发展非常迅猛，同时带动了生产制造业的飞速发展。“科学技术是第一生产力”，人工智能的发展推动了当今社会生产的卓越进步，它运用了大量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
复杂的算法给予机器，为了满足各行各业的行业需要，人们赋予了它多种功能。比如，生活中我们有小度、天猫精灵；生产制造业中有替代人工的专业智能机器人
机器人也是人工智能发展中的一大领域，机器人的发展也是被受人们广泛关注的焦点。如今，它也带给了人们不少的便利，同时也给我们添加了不少的欢乐。目前在各大行业都已经投入使用机器人，比如餐饮、医疗、导购、资讯、运输、生产等领域。
（一）项目设计内容
设计是基于舵机控制的会跳舞机器人，主要是靠Arduino开发板来实现各项功能。主要功能有：自动避障、蓝牙控制、超声波测距和手机APP遥控动作。其中以Arduino开发板为核心的超声波模块来实现自动避障功能，然后，用蓝牙模块来实现蓝牙控制的功能，非常方便使用，可用任何蓝牙配对使用，还有用超声波模块（HCSR04）来实现超声波测距（预测至少510米以内）。最后，配套自行设计制作的机械外壳，通过组装调试，同时记录数据，完成本次的设计制作。
（二）项目设计意义
因此，选择智能跳舞机器人作为研究项目，无论是在家居智能方面还是娱乐性陪同，都有很大的发展空间。随着科学技术的发展，各项技术的成熟完善，再加上科研技术人员的不懈努力，相信，不远的将来智能机器人会使我们生活中一部分，也相信机器人也会很好的服务于人们的，使我们的生活更加舒适幸福，同时它也会使得我们的生活更加丰富多彩。
二、设计方案选择
（一）设计能力需求
智能跳舞机器人主要实现底层各个模块和主板之间的通信，通过各模块采集到的数据信息，再传送到主板上，驱动各模块进行工作，通常在这个过程中我们会选择用单片机进行开发，然而这需要我们有较高的C语言编写能力和较强的单片机开发能力，而Arduino的开发对于初学者来说比较好接受，也灵活多变，不像其他开发环境要有较强的编写程序能力，Arduino语言是对AVRGCC库的二次封装，可以让开发者们从繁重的编程中解脱出来，使他们更关注自己要做的工作，另外Arduino平台还具有应用广、开发周期短等优点，Arduino不仅是全球最流行的开源硬件，也是最优秀的开发平台，所以在设计中，选择了以Arduino开发板为核心，设计方案如图1所示。
图1 设计总方案
三、基础环境分析
（一）舵机的选择与介绍
1.舵机的构成
舵机是由直流电机（普通的直流电机是以一整圈这样的规律转动的，而SG90舵机是转动不同的角度，且普通的直流电机是不会反馈位置角度信息的）、控制电路、降速齿轮组、传感器等构成。选择的是SG90舵机，它的重量只有9克，扭矩为1.6kg.cm(4.2v)。
2.按舵机信号分类
（1）数字式舵机：它的处理器是一种模拟芯片，是可可控制编程的，电磁干扰较严重，但速度相对快些。
（2）模拟舵机：这种舵机反应灵活，加减速迅速柔和，可以提高跟高的精准度和较好的固定力度。
3.舵机工作的原理
舵机总共有三根线电源线、地线和控制信号线。控制信号线主要给舵机控制电路传输信号，控制了电机的转动，而电机转动再带动齿轮组运转，这时传感器会输出一个电压信号，反馈到控制电路，控制电路才会根据反馈信号进行相应角度的转动。输出信号与转动角度关系如图2所示。
图2 舵机输出角度与输出信号关系
舵机主要是由可变的脉冲信号来进行控制的，一般周期为20个ms，其中脉冲宽度是从0.5—2.5个毫秒之间，当给它一个脉冲信号的时候，此时它的输出就会保持在相应的位置，等待下次获得脉冲信号。舵机本身内置一基准电路，其产生基准电压，一般该电压的产生周期在20个ms，这个位置就是舵机转动的最大角度，当比较器发现转动的最大角度和最小角度大致一样时，电机的转动信号就会产生了。
四、硬件设计
（一）电源设计
供电方式选择的是锂电池充放电模块，模块采用的是UCC5007的控制芯片，其可以对两节或三节电池组进行充放电，在此同时，它也会对电池组进行过流保护、过压保护、过温保护及短路保护等，它的充电电压可以达到5.5V左右，充电电流可达到2A左右，可见该电源模块的性能比还是非常高的。所以，不管从性能方面还是安全方面讲，选择锂电池供电模块是非常适合的。电源模块性能参数如表1 所示。
表1 电源模块参数
充电电压
DC4.5V5V
充电电压
02A
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