具有避障功能的跳舞机器人
本课题设计一个基于Arduino的机器人，可以在跳舞过程中还能实现避障。机器人结构简单，外形用3D打印制作，最简单电子连接，几乎没有焊接的部分。模型使用 Autodesk123D 软件设计，并使用makerbot print打印机使用PLA材料进行打印。
目录
一、课题研究的背景与意义 1
二、系统整体设计方案 1
三、系统的硬件设计 2
（一）Arduino主控电路 2
（二）超声波避障模块 2
（三）舵机控制模块 4
（四）电源模块 5
四、3D打印外观设计 6
（一）123D Design外观设计 6
（二）3D打印操作过程 8
五、单片机程序设计 11
（一）主程序设计 11
（二）舞蹈程序设计 11
六、部件组装与功能调试 12
（一）部件组装 12
（二）软件调试 14
结论 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 单片机程序 18
附录二 单片机原理图 30
一、课题研究的背景与意义
机器人作为20世纪最伟大的发明之一，在短短几十年内发生了日新月异的变化。随着生活水平的不断提高，人们对于生活质量的需求日益提高，所以作为能代替人劳动的机器人技术已经在人们的生活中出现显得屡见不鲜，已经在很多领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，所以这种自动化技术的研究与发现逐渐受到研究者的重视。在我国新的创新战略中，就已经提出要把机器人技术逐渐占据市场份额，走向全世界的重要方针。
由于这种用来跳舞的机器人不仅需要自由的自由度，还需要好看的外观，还需要根据不同的音乐节奏做出不同的舞姿，所以设计出来的跳舞机器人不仅需要整体的设计啊，还需要精通计算机功能，还要加入一定的控制原理，传感器技术，自动化技术等等多学科为一身的产品，这不仅让人们看到了现代科技的不仅越来越丰富，还为人们带来了更多的观赏性和乐趣。
本课题设计一个具有简单人体结构，能模拟迈克尔?杰克逊的经典舞曲《犯罪高手》（smooth criminal）跳舞 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
动作的机器人，并具有超声波避障功能。机器人包括头部、身部、双腿和双足，分别通过4个舵机控制，知识涉及工程力学、机械制造、电子技术、自动控制等技术，有很大的研究与市场开发价值。
二、系统整体设计方案
本课题设计一个基于Arduino的跳舞机器人，该跳舞机器人的双足能根据迈克尔?杰克逊《犯罪高手》的音乐节奏进行舞蹈。主要结构部件包括头部、身体腿部和双足四个部分，结构图如图21所示。采用Arduino单片机作为舞蹈机器人硬件控制系统的核心，使用4个舵机作为关节驱动，以达到控制机器人完成各种动作。通过超声波测距技术实现人机交互功能。系统硬件框图如图22所示。
给这种跳舞机器人设计零件设计图，并通过3D打印机，打印出设计出来的机器人整体的零件图。Arduino单片机和超声波模块放置在头部外壳里，电池盒与两组舵机放置在身体外壳里，这两组舵机用来控制腿部动作。另有两组舵机连接腿部和足部。
图2.1 系统结构框图
图2.2 系统硬件框图
三、系统的硬件设计
（一）Arduino主控电路
Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，便于初学者进行学习和开发。Arduino Nano是Arduino USB接口的微型版本，它的USB接口是MiniB型插座，没有电源插座。其处理器核心是ATmega168(Nano2.x)和ATmega328(Nano3.0)，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），8路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个miniB USB口，一个ICSP header和一个复位按钮。当配合Arduino Nano多用扩展板一起使用时，可以解决Nano在连接多个传感器及控制对象时布线混乱的问题。故在本设计中，采用Arduino Nano作为跳舞机器人的主控模块。Arduino Nano多用扩展板了增加DC供电接口，NANO板上的USB接口供电电流实际只有50mA，要带大电流的设备比如舵机的时候就明显不足，这个时候在DC供电接口提供外接电源，保证设备运行的稳定。
图3.1 Arduino Nano与扩展板
（二）超声波避障模块
由于要求这种跳舞机器人不仅能够自由的舞动，还需要在移动过程中能够避物功能，一旦遇到前方有物体遮挡，能够自动的进行躲闪，所以本实验选用的超声波作为测试方法，避开障碍的型号选定的是HCSR04。这种模块的好处是，其中包含着发射超声波的工具，对超声波进行接收的装置，这种的好处是对产生超声波的敏感度高，能够使跳舞机器人能够自动的对障碍物进行高敏感性的躲闪，所以对这种机器人的默契程度极高，所以将整个模块放置于跳舞机器人的上部，模块实物图如图3.2所示，共有四个引脚：VCC 供电，GND接地，TRIG是 触 发 控 制 信 号的输入引脚，ECHO是回响信号输出引脚。
图3.2 HCSR04超声波模块
超声波原理如下：
1、arduino单片机向TRIG引脚提供一个 10uS 以上脉冲触发信号。
2、当触发信号后，整个模块会以8个频率为40KHz的超声波脉冲进行传输，以及后续会对是否会接受到接受信息进行测试，而且整个步骤是自动的，不需要人手来完成。
目录
一、课题研究的背景与意义 1
二、系统整体设计方案 1
三、系统的硬件设计 2
（一）Arduino主控电路 2
（二）超声波避障模块 2
（三）舵机控制模块 4
（四）电源模块 5
四、3D打印外观设计 6
（一）123D Design外观设计 6
（二）3D打印操作过程 8
五、单片机程序设计 11
（一）主程序设计 11
（二）舞蹈程序设计 11
六、部件组装与功能调试 12
（一）部件组装 12
（二）软件调试 14
结论 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 单片机程序 18
附录二 单片机原理图 30
一、课题研究的背景与意义
机器人作为20世纪最伟大的发明之一，在短短几十年内发生了日新月异的变化。随着生活水平的不断提高，人们对于生活质量的需求日益提高，所以作为能代替人劳动的机器人技术已经在人们的生活中出现显得屡见不鲜，已经在很多领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，所以这种自动化技术的研究与发现逐渐受到研究者的重视。在我国新的创新战略中，就已经提出要把机器人技术逐渐占据市场份额，走向全世界的重要方针。
由于这种用来跳舞的机器人不仅需要自由的自由度，还需要好看的外观，还需要根据不同的音乐节奏做出不同的舞姿，所以设计出来的跳舞机器人不仅需要整体的设计啊，还需要精通计算机功能，还要加入一定的控制原理，传感器技术，自动化技术等等多学科为一身的产品，这不仅让人们看到了现代科技的不仅越来越丰富，还为人们带来了更多的观赏性和乐趣。
本课题设计一个具有简单人体结构，能模拟迈克尔?杰克逊的经典舞曲《犯罪高手》（smooth criminal）跳舞 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
动作的机器人，并具有超声波避障功能。机器人包括头部、身部、双腿和双足，分别通过4个舵机控制，知识涉及工程力学、机械制造、电子技术、自动控制等技术，有很大的研究与市场开发价值。
二、系统整体设计方案
本课题设计一个基于Arduino的跳舞机器人，该跳舞机器人的双足能根据迈克尔?杰克逊《犯罪高手》的音乐节奏进行舞蹈。主要结构部件包括头部、身体腿部和双足四个部分，结构图如图21所示。采用Arduino单片机作为舞蹈机器人硬件控制系统的核心，使用4个舵机作为关节驱动，以达到控制机器人完成各种动作。通过超声波测距技术实现人机交互功能。系统硬件框图如图22所示。
给这种跳舞机器人设计零件设计图，并通过3D打印机，打印出设计出来的机器人整体的零件图。Arduino单片机和超声波模块放置在头部外壳里，电池盒与两组舵机放置在身体外壳里，这两组舵机用来控制腿部动作。另有两组舵机连接腿部和足部。
图2.1 系统结构框图
图2.2 系统硬件框图
三、系统的硬件设计
（一）Arduino主控电路
Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，便于初学者进行学习和开发。Arduino Nano是Arduino USB接口的微型版本，它的USB接口是MiniB型插座，没有电源插座。其处理器核心是ATmega168(Nano2.x)和ATmega328(Nano3.0)，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），8路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个miniB USB口，一个ICSP header和一个复位按钮。当配合Arduino Nano多用扩展板一起使用时，可以解决Nano在连接多个传感器及控制对象时布线混乱的问题。故在本设计中，采用Arduino Nano作为跳舞机器人的主控模块。Arduino Nano多用扩展板了增加DC供电接口，NANO板上的USB接口供电电流实际只有50mA，要带大电流的设备比如舵机的时候就明显不足，这个时候在DC供电接口提供外接电源，保证设备运行的稳定。
图3.1 Arduino Nano与扩展板
（二）超声波避障模块
由于要求这种跳舞机器人不仅能够自由的舞动，还需要在移动过程中能够避物功能，一旦遇到前方有物体遮挡，能够自动的进行躲闪，所以本实验选用的超声波作为测试方法，避开障碍的型号选定的是HCSR04。这种模块的好处是，其中包含着发射超声波的工具，对超声波进行接收的装置，这种的好处是对产生超声波的敏感度高，能够使跳舞机器人能够自动的对障碍物进行高敏感性的躲闪，所以对这种机器人的默契程度极高，所以将整个模块放置于跳舞机器人的上部，模块实物图如图3.2所示，共有四个引脚：VCC 供电，GND接地，TRIG是 触 发 控 制 信 号的输入引脚，ECHO是回响信号输出引脚。
图3.2 HCSR04超声波模块
超声波原理如下：
1、arduino单片机向TRIG引脚提供一个 10uS 以上脉冲触发信号。
2、当触发信号后，整个模块会以8个频率为40KHz的超声波脉冲进行传输，以及后续会对是否会接受到接受信息进行测试，而且整个步骤是自动的，不需要人手来完成。
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