舞蹈机器人创意设计及实现研究摘要：舞蹈机器人是一种娱乐类机器人。本文针对其设计结构，以及操控性能的要求，以51系列单片机为处理器，设计和实现了基于舵机达到控制机器人舞蹈动作的效果。
关键词：舞蹈机器人；51单片机；舵机
1设计机器人技术的难点和关键点
通过对参加2007年Robocup的比赛，发现设计机器人的难点和关键技术主要在以下方面：1）控制软件。目前，市场上仅有同时支持16个舵机运转的软件，也就是这款软件的控制通道只有16个，不足以满足这款有两个直流电机与26个舵机的机器人实际需求。由于51单片机的端口有限，所以只能把16通道升级为24通道，创造性的用一根线连接两个舵机，即往两个极位角相差180的舵机上传送同一个信号，最终实现了机器人变形后翅膀和机翼的动作；2）对机器人直流电机的控制。要单独设计电路板，以确保动作的准确性，避免线路之间信号造成的互相干扰；3）机械设计方面。机器人在设计尺寸上有严格的规定，其自身的构造必须要科学设计，要合理分布其自身的重量，以便于达到机器人重心尽可能得到合理调整的目的，同时还要二次加工个别位置的舵机[1]。
2具体实现过程
1）机械设计。以前研发比较成熟的机器人为基础，添加一些类人型舞蹈动作模块，如手指、腕部、腿部、头部等部位的模块。机器人通常使用3种电机，也就是步进电机、直流电机和舵机这三种。通过
对这三种电机进行综合对比，舵机最终被决定用在机器人的各个关节部位，但机器人变形后的轮子，则是用直流电机来驱动。这样机器人电机的安装可以结合自身的结构特点省去麻烦，还能使电池的负载大大减轻。机器人采用SolidWorks2006来构建三维建模平台，在整体建模结束后，所进行的工作模拟仿真一般是通过Solidworks的COOS/Motio模块来实现。当前面临的难题是选择机器人本身材料。大家都很难完美解决机器人自身重量和结构强度的矛盾，综合考虑多方面原因，决定采用铝合金构件来作为机器人的整体结构，把电木板材构件应用于摩擦较剧烈的部位。有机玻璃不仅美观，抗冲击性能还比较稳定，所以把其用于脚掌部位。上述做法，都是为了让机器人具备高强度的同时，还必须控制其重量在规定的范围里。为防止机器人舵机的连接件出现故障，特意采用同轴连接器对舵机实施二次加工改造，提升了舵机的稳定性，后来舵机连接件几乎没有发生过脱落现象。2）控制系统设计。控制电路系统采用Atmel8051单片机，12MHz晶振，RS232通讯部件，I2C总线插座，24路舵机控制器接口。操作软件采用24路舵机控制器，是由我国自主研发，与机器人的连接通过串口实现，拖动数据滑杆即可实时操控机器人[2]。由于端口通讯的实时性较强，所以舵机能够实时对信号做出响应，做出想要的舞蹈动作。可以把各种舞蹈动作制作成相应的数据，并把其存入数据库里，借助Access和MATLAB，数据库可以对其进行数据的编辑和处理，使单个机器人的数据在不同机器人上实现共享，减少后期动作编排的麻烦。可借助软件对动作数据进行后期处理，处理后的数据格式能被单片机
直接识别，利用Top2003编程器写入24C64，而后将其插入I2C插槽。拨动机器人开关后，其可直接读取于E2PROM中的数据，机器人能独立表演舞蹈。表演前，要加装无线收发模块，跳线后，通过遥控器就可以对机器人的执行动作进行控制。由于成本因素，选择了简易遥控器，其电路板是接收组建的集成。在开始对机器人进行调试过程中，舵机的运转会断续出现不稳定的状况。后来经大量实验发现，通过调整输入的电压、改变输入信号的波形以及优化电路板的布局等措施，可以有效减少这一状况的发生，使机器人能够更加平稳的工作。为便于机器人故障后的检修和维护，始终要把模块化思想贯穿在控制系统进行整体设计中，这样能确保模块的通用性和损坏后维护、更换的便捷性，所以，要分开设计舵机控制模块、直流电机控制模块和电源模块[3]。
3结束语
整个系统接受遥控的指令较为准确度，可控性强，流畅完成了各项舞蹈动作，完成了最初的设想。从效果上来看，整个设计流程还是比较切实可行的，并在2007年Robocup取得了很好的成绩。但是也存在一些问题，如舵机间歇性失稳、机器人自身平衡控制等，也有待进一步去做出改进。
参考文献：
[1]张晋西,郭学琴.SolidWorks及Cosmosmotion机械仿真设计[M].北京:清华大学出版社,2007.
[2]胡汉才.单片机原理与系统设计[M].北京:清华大学出版社,2002.
作者:张继伟王鑫单位:哈尔滨远东理工学院
课程设计任务书 （ 2015 级） 目录 摘要------------------------------------------------------4 引言------------------------------------------------------5 任务书-----------------------------------------------------6 第一章 我国机器人技术的发展概况------------------------------------7 第二章机器人的总体设计解剖 1.1资料的收集与阐述-----------------------------------------7 1.2机器人工作原理简介 1.总体设计剖------------------------------------------------8 2.伺服电机的剖析--------------------------------------------9 第三章机器人总体设计综述 ---------------------------------12 1、1设计课题的阐述-----------------------------------------12 1、2单片机的选择-------------------------------------------12 1、3主控板部分简介-----------------------------------------12 第四章机器人的总体设计方案与部分简介 1、1设计方案-----------------------------------------------13 1、2各部分功能及原理简介-----------------------------------13 第五章机器人的原理图设计、仿真及电路板制作 1、1机器人的原理图设计-------------------------------------15 1、2电源部分-----------------------------------------------16 1、3稳压电源部分-------------------------------------------16 1、5接口电路部分-------------------------------------------17 1、6单片机最小系统和ISP在线编程---------------------------18 1、9电路板制作---------------------------------------------18 第六章机器人电路板的调试与结论
机器人创新实验（1）报告 摘要 机器人作为20世纪人类最为伟大的发明之一，自60年代问世以来，经历40余年的发展已经取得长足的进步。近年来随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，特别是在微电子技术、信息技术，计算机技术，材料技术等科学技术迅速的支持下，机器人的种类日益繁多，性能不断改进，工作领域也在不断地扩大。已经引起了各国科学家的普遍关注。许多发达国家均把机器人技术的开发，研究列入高新技术发展计划。并且已经取得了很大的进展，它的成果将成为各行各业提高生产力的强有力的工具。此机器人是针对目前交通事故频发设计的。利用三轮作为活动方式，通过三个传感器进行感应障碍识别，从而进行控制汽车的运动及时避免各种障碍物。从电影<<机械公敌>>里可以看到机器人的前景，以及注意机器人的弊端。 关键词： 机器人,工具,传感器,障碍物
一、实验目的 1、在保证整个稳定的前提下，将程序写入控制卡，熟悉 软件调试机器人运动步态的技巧，熟悉直流电机的控制，并实现提前设定好的动作步骤，并使机器人能够平稳的运动。 2、熟悉掌握各种搭建元件的使用方法和电机舵机的使用技巧 3、学会对学习知识的应用到实际中的能力，提高自身动手能力。 二.实验器材 探索者，电脑软件TKScop， 我们用到的探索者: 三．组员 项博、张君心、刘小龙 三、实验步骤 1.第一阶段：老师对我们介绍实验内容，对需要用到的配件、软件环境进行讲解，为使我们对实验内容更加熟悉，对软件环境的熟悉。 2.第二阶段：开始动手阶段，为了能使我们小组更好的完成创新实验课程，我们机器人模仿机器人案列制造了简单的机器人，其中有一些改动。
第二阶段成品展示 3.第三阶段：开始创新阶段，在第二阶一定经验的基础上，我们对其进行了创新和改组。其中包括前轮和驱动装置，还有传感器的数量，主要对机器小车的CPU 内部的程序进行了修改，让其实现了第二阶段没有实现的动作。 第三阶段成果 4.第四阶段：老师评价，总结成功与失败。 四、机械结构、控制接线方法、程序、程序流程图说明： 控制线接线方法: 1、2、3、4为传感器接口 5红外接收端口 6手柄ABC三通道的选择键 7程序写保护，on允许下载 反之不允许，如果要运行板载程序，则转换到非on 状态 8为程序下载接口，连接usb转串口线 9舵机接口，共六组。可接标准舵机和圆周舵机。舵机黑色线朝下，三针，最上针空余。10输出端口，共2组，可接LED灯和语音模块
环保小卫士 ——智能垃圾桶机器人 设 计 报 告 作 者：莫棫涵、桂健秦 指导老师：王南霞 作者单位：湘潭市岳塘区湘机小学 第六届湖南省机器人 创新设计大赛参赛作品
一、作者简介： 姓名：桂健秦 性别：男 民族：汉 出生年月：2002年5月14日 就读学校：湖南省湘潭市岳塘区湘机小学 就读班级：五【5】班 性格：有耐心，很细心，做事认真 个人爱好：乒乓球，篮球，电脑，射击类游戏，看书 姓名：莫棫涵 性别：男 民族：汉 出生年月：2002年3月1日 就读学校：湖南省湘潭市岳塘区湘机小学 就读班级：五【5】班 性格：开朗、阳光、自尊心极强 个人爱好：篮球、运动、读书、机器人设计制作
二、作品简介： 现在，大家都在宣传和建设“两型社会”，但我们还是可以看到这样的现象：公共场所垃圾桶的周围经常满是垃圾，有时垃圾桶满了也没能及时清理；垃圾桶有老鼠窜来窜去；夏天的时候，垃圾桶的苍蝇、蚊子特多；经过垃圾桶时臭味难闻；有些人还是没有社会公德，手中的垃圾随便扔到地上或垃圾不入垃圾桶；虽然有分类垃圾桶，人们却很少把垃圾分类入桶…… 同时我们也了解到清洁工人每天在清理垃圾时都很辛苦，于是我们想到研制环保小卫士，这种环保小卫士实际上是一种智能的垃圾桶机器人，他能服务社区, 为社区保洁，充当环何卫士的职能，干最脏、最苦、最累的活，并能提醒人们注意公共卫生，养成好公共环境卫生好习惯，宣传两型环保知识，提高人们生活和居住环境质量。 我们设想我们研制的环保小卫士有脑子，有嘴巴，有眼睛，有手和脚，能自动分类垃圾，并能对垃圾进行简单的处理。 首先，这个垃圾桶是封闭的（但能透气），老鼠、苍蝇不能随便进入垃圾桶，当检测到有废物丢入垃圾时，提醒人们进行分类入桶，然后自动打开垃圾盖，并能再次对垃圾进行二次分类。 其次，这个垃圾桶能进行垃圾处理。对不可回收的垃圾进行粉碎等处理，并可能利用垃圾来发电，为自己提供能源。垃圾桶具有自动清理功能，垃圾满了能自动行走到垃圾场“倒”垃圾，使垃圾桶更干净。 第三，能监测周围的环境情况，显示出环境污染指数。并能对破坏环境的不良行为时能进行提醒，拍照作记录，促使大家养成良好习惯。减轻清洁工人的劳动。
实验报告 （理工类） 课程名称: 机器人创新实验 课程代码: 6003199 学院(直属系): 机械学院机械设计制造系 年级/专业/班: 2010级机制3班 学生姓名: 学号: 实验总成绩: 任课教师: 李炜 开课学院: 机械工程与自动化学院 实验中心名称: 机械工程基础实验中心
一、设计题目 工业机器人设计及仿真分析 二、成员分工：（5分） 三、设计方案：（整个系统工作原理和设计）（20分） 1、功能分析 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 本次我们小组所设计的工业机器人主要用来完成以下任务： （1）、完成工业生产上主要焊接任务； （2）、能够在上产中完成油漆、染料等喷涂工作； （3）、完成加工工件的夹持、送料与转位任务； （5）、对复杂的曲线曲面类零件加工；（机械手式数控加工机床，如英国DELCAM公司所提供的风力发电机叶片加工方案，起辅助软体为powermill，本身为DELCAM公司出品）
机器人创新挑战赛主題与规则 ――全民健身1.机器人创新挑战赛简介 ( )机器人创新挑战赛是一项青少年机器人比赛项目。要求参加比赛的代表队自行设计、制作机器人并进行程式设计。参赛的机器人可在特定的竞赛场地上，按照一定的规则进行比赛。在中国青少年机器人竞赛中设置机器人创新挑战赛的目的是通过信息技术及科学原理的融合运用，启发参赛者的科技运用及创意，并以机器人设计的竞赛活动，达到推动创新科学教育的目的，激发我国青少年对机器人技术的兴趣。 2.竞赛主題 本届挑战赛的主题为“全民健身”。 全民健身是指全国人民，不分男女老少，全体人民增强力量，柔韧性，增加耐力，提高协调，控制身体各部分的能力，从而使人民身体强健。 全民健身旨在全面提高国民体质和健康水平，以青少年和儿童为重点，倡导全民做到每天参加一次以上的体育健身活动，学会两种以上健身方法，每年进行一次体质测定。为纪念北京奥运会成功举办，国务院批准从年起，将每年月日设置为“全民健身日”。 伴随着全民健身活动的蓬勃开展，人们的生活观念发生巨大变化。在一些大中城市，为健康而消费成为新时代提高生活质量的一种时尚。部分新兴体育项目，如攀岩、马术、蹦极、保龄球、滑板、女子拳击、沙弧球、跆拳道、高尔夫球等运动，尤其受到年轻人的青睐。 . 比赛场地与环境 场地 场地图（不含黑边）的尺寸为长宽。 图为训练场地示意图。实际比赛场地可能略有不同。
参赛队可以把待命区内当前不动或机器人不用的物品放到待命区外，只要这个动作不具有任何策略性。 如因其它原因而非机器人的动作使场地中的模型断裂、失效、移动或被启动，如果可能，裁判员应尽快将它恢复。 起始区与终止区 场地中有一块起始区（区域）和一块终止区（区域）。起始区是机器人准备、启动的地方，终止区是机器人最终停止的地方。起始区为：*。 赛场环境 机器人比赛场地环境为冷光源、低照度、无磁场干扰，但由于一般赛场环境的不确定因素较多，例如，场地图下面有纹路和不平整；场地图本身有皱褶；尺寸有误差；光照条件有变化等等。参赛队在设计机器人时应考虑各种应对措施。. 机器人和器材 本节提供设计和构建机器人的原则和使用器材的要求。参赛前，所有机器人必须通过检查。竞赛中号遥控机器人首先启动，号机器人启动后，通过无线手柄遥控的方式去启动号机器人，号机器人应让其自动运行完成规定任务，参赛队员不得再对号机器人进行干预。不允许使用智能循迹模块。 每个参赛队只能使用两个机器人完成所有比赛项目。赛场上只能有两个控制器，不能再把其它控制器带到比赛区，即使该控制器只是用于配重或装饰或放在场外的盒子里。 机器人最多可以使用个传感器，它们可以是触碰传感器、光电传感器、颜色传感
设计目的：随着社会的进步和生活水平的不断提高，人们对传统的娱乐方式产生了厌倦，对娱乐也有了新的认识和更高的追求。为了满足人们的需求，我们设计了会跳舞的机器人，它不仅可以填补老人们的空虚与无聊，更满足了青年和儿童的好奇心，同时也能激发他们对新科技的认识和再创造。基本思路：通过对人类动作的深入了解，分析人类的动作特性，并且与控制对象跳舞机器人的工作原理、动作过程进行比较，从而确定机器人的基本构成并选择合适的机械构件，组装完成机器人的造型。分析机器人动作的局限性与优势，设定机器人的舞蹈动作，按动作编写程序，完成作品设计。创新点：该跳舞机器人的结构完全模仿真人，并实现了双腿分立走路，双臂有很强的自由度，可以完成多种高难度动作。机器人的双脚为轮式结构，这样不仅可以实现转身和滑步，更突出的优点是在走路时减少了重心的调整，从而减少了机器人的倾斜度，实现了类似真人的走路及跳舞模式。 该舞蹈机器人的控制方式是将uC/OS-Ⅱ操作系统嵌入Atmega128处理器中,采用PID算法,对电机、舵机进行实时可靠的控制，进而对机器人主动轮的速度、方向进行有效的控制，使机器人的动作定位更加准确，动作过程更加优美协调。机器人的双脚为轮式结构，此结构可以很完美地实现转身和滑步。更突出的优点是在走路时减少了重心的调整，同时也克服了塑料构件机械强度不够高的局限性。 该跳舞机器人完全实现了智能化运行，可以用相应软件通过编程实现对舵机的控制，做出各种不同的动作，带给人们另类娱乐。它可以走进各种不同的场合，如：在学校用于科技教育学习；在家庭用于提供丰富的生活享受；用于社会可以增加更多的新型娱乐项目等。随着社会对服务业的需求不断扩大，可以代替人的机器人将会有更广阔的前景 从近几年世界范围内推出的机器人产品来看，机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展。其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的的开放化；PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化。舞蹈机器人在日本、韩国、美国、中国等各个国家都先后有不同程度的发展，尤其是在日本已经有突破性的发展。在机器人科技方面，中国还处于萌芽阶段。近几年，先后在科研、军事、工业、农业等各领域都有应用，尤其在工业中的应用最多，范围最广。就中国而言，机器人很少向娱乐行业发展，当我们的舞蹈机器人出现在娱乐舞台上时，必将使娱乐方式更加时代化、多元化，使娱乐内容更加丰富多彩。它不仅能带给人们娱乐享受，还可以将舞蹈动作用数字记录下来，方便了文化的快速传递，从而实现了在数字时代背景下传统文化的传承。
舞蹈机器人设计方案 一、比赛场地：待定 二、比赛时间：时间定为3到5分钟 三、机器人技术要求： （1）构造：机器人采用17个舵机，可以做出人形机器人，两只手臂，各3个舵机，分别模仿人的肘关节，肩关节和胳膊横向的旋转。 两条腿各有5个舵机，分别模仿人的胯关节，膝关节（两个舵 机）和脚踝关节。头部有一个舵机，来控制机器人头部的转动。（2）外形：身上的连接件可采用硬质铝合金或者铁片加工连接，建议采用硬质铝合金连接件，这样可以让机器人重量减轻一点。 外表在不影响动作的条件下，可以给它穿上衣服，服装搭配一 定要恰当。 （3）要求：机器人的身高、体重要符合比赛要求，电源线路不能外露，能保证机器人在做动作时不会摔倒。 （4）背景音乐：有4个背景音乐，第一个是准备音乐，机器人能够按照需求站好，准备跳舞。其他3个音乐为机器人的舞蹈音乐。（5）其他：电池和控制芯片需要安放在合理的位置。 四、机器人舞蹈选择： 我们可以做3个机器人，形成一个组合上场比赛。机器人呈竖线排列，面向裁判。首先准备音乐响起，第一个机器人不动，可做一些有趣动作，比如扭胯，伸展胳膊等，后面两个分别向两边分开，走到一定位置停下，走路可以模仿太空步，滑过去的，调整步伐，形成一
个等边三角形，以第一个机器人为中心，这个过程差不多40秒。切换音乐，第一个机器人开始跳舞，后面两个机器人伴舞，这个过程一分钟左右，动作停止，机器人复位为直立状态。第三首音乐响起，然后第一个机器人与第二个机器人互换位置，继续跳舞，持续一分钟左右。最后响起第四首音乐，第二个机器人和第三个机器人互换，开始跳舞，持续一分钟左右结束，向裁判敬礼。 五、造价： 舵机必须选择金属齿轮的舵机，并且能旋转180°，有足够大的扭力，这样才能承受机器人的重量和运动，一般价格在80~500元之间。这样一个机器人造价五千五百元左右。
智能机器人实验报告1 学院：化学与材料科学学院 学号： 2015100749 姓名：朱巧妤 评阅人：评阅时间：
实验1 电驱动与控制实验 （一）实验目的 熟悉和掌握机器人开发环境使用，超声传感器、碰撞传感器、温度传感器、颜色传感器等常见机器人传感器工作原理与使用方法，熟悉机器人平台使用与搭建；设计一个简单的机器人，并采用多种程序设计方法使它能动起来。 （二）仪器工具及材料 计算机、机器人实验系统、机器人软件开发平台、编程下载器等设备。 （三）内容及程序 实验内容： （1）碰撞传感器原理与应用； （2）颜色传感器原理与应用； （3）测距传感器原理与应用； （4）温度传感器原理与应用； （5）熟悉开发环境使用与操作；设计一个简单轮式移动机器人，并使用图形化编程方式实现对机器人的控制，通过该设计掌握机器人开发平台的结构设计、程序设计等基本方法。 实验步骤： 1)首先确定本次要做的机器人为货架物品颜色辨别的机器人。 2)根据模型将梁、轴、插销、螺丝等零件拼装成一个货架台 3)将货架台安装上可识别颜色的摄像头，并装在控制器上方，将两个摄像头的连接线分 别插入控制器的传感器接口，将显示器连接线插入传感器接口。 4)拼装完成后将控制器连接电脑，在电脑上运用Innobot软件对机器人进行颜色识别动 作的编程，拖动颜色传感器模块，对应选择数码管接口以及两个摄像头的接口，使机器人能将货架台上物品的颜色反应到数码管上。 5)将所编程序进行上传。测试看机器人是否能将颜色反映到显示器上完成所编动作。
（四）结果及分析 使用梁和轴以及螺钉拼装出货架台。 将拼装好的货架台装到传感器上。
全国大学生第一届机械创新设计大赛获奖作品 展示 全国一等奖 北京化工齿动多功能平行 口钳北京化工齿动多功能平行 口钳 北京化工齿动多功能平行 口钳 大 连理工机械式自动节水 水龙头 第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车 第二炮兵工 程学院军地两用全自动担 架车 东 南大学自适应可翻转探测 车 东 南大学自适应可翻转探 测车 东南大学自适应可翻转探测 车 东 南大学自适应可翻转探测 车 福 大节流阀型高楼逃生器 福大节流阀 型高楼逃生器 福大节流阀型高楼逃生器 国 防科大行星轮式登月车 国 防科大行星轮式登月车 国 防科大行星轮式登月车
国防科大行星轮式登月车 哈工并联与 分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器 人 哈工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器人 哈 工并联与分布控制机器 人 哈工并联与分布控制机器人 哈 工程仿生机器蟹 哈 工程仿生机器蟹 哈 工程仿生机器蟹 哈工程仿生机器蟹 哈 工大微定位仿生机器人 哈 工大微定位仿生机器人 海 军工程大学摆式特种发 动机 天津大学爬杆喷漆机器人 天 津大学爬杆喷漆机器人 中 国农大菌液自动抽取喷涂 机 中国农大菌 液自动抽取喷涂机
重庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 重 庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 重 庆大学半球体螺旋沟槽数 控研磨机 全国二等奖 北工大助力器 北工大助力 器 北工大助力 器 长 春理工轮足式机器人 长春理工轮足式机器人 长 春理工轮足式机器人 长 春理工轮足式机器人 大 连理工蚯蚓爬行器 大连理工蚯蚓爬行器 东 北大学圆柱凸轮数控铣 削加工装置 哈工程螺旋 传动管道机器人 海 军工程大学舰船探测者 海军工程大学舰船探测 华 东理工易拉罐有偿回收 / 华南理工健身洗衣机 华 南农大气动式龙眼去核机
智能机器人舞蹈比赛 ⑴比赛场地 ①场地 机器人舞蹈比赛场地是10m×5m的平整场地。机器人必须在6m×4m的长方形区域内完成表演，其中6m长是面对裁判席。参赛选手在这个区域的范围之外。这个区域的分界线将用50mm的黑白带标明。地面是无上漆的木质地板。参赛队应在参加比赛前，在同类型的场地上做好练习。地面上缝隙用胶带封好，尽可能地做到光滑。参赛机器人要能适应有3mm起伏的地面。 ②照明 比赛场地使用聚光灯，但参赛队不能期待舞蹈比赛场地的灯光会变暗，聚光灯将直接照在比赛场地上。 提示：各队在设计机器人时，要能适应灯光的各种变化，如在比赛的一个地点到另一个地点的自然照明的变化等。如需要，各队应调试机器人适应比赛场地的照明条件。 ③场地布置 各队要准备自己的场地布置。 ⑵机器人 ①尺寸 机器人不限尺寸。 ②参赛队 A.各队的机器人可以任意编号取名。 B.每个队只能执行一个任务。 ③控制 A.机器人必须是自动控制的。 B.机器人可以让人给它启动，不管用手启动还是遥控启动（参照（6① C.）。 ④服装 鼓励（机器人和表演人员）使用服装。 ⑶竞赛程序 ①时间 A.每个参赛队共有5分钟的比赛时间，注意：这些时间包括准备时间、介绍时间、比赛时间及处理其他突发事件的时间。 B.参赛队比赛的持续时间不超过2分钟，不少于1分钟。 C.如果任何一支参赛队的比赛时间超过（3）①A和（3）①B所限定的时间，无论这支参赛队有任何理由，都要进行处罚，酌情判罚比赛成绩。 ②音乐 A.参赛队必须按照下列格式，以光盘形式（CD-R、CD-RW）提供他们自己的
音源：音频格式或MP3文件。主办方只认可唯一的音源资料（只能是唯一的）。 B.鼓励参赛队提供高品质的音源，音乐的质量将影响比赛成绩的评估。 C.音乐必须在音频资料启动后，经过几秒无声的前奏开始。 D.音频资料必须清晰的标上各队的名称。 ③参赛选手 A.可以和他们的机器人一起进行表演。 B.参赛选手任何情况下不能接触他们的机器人（除了在启动机器人时）。 ④开始 A.工作人员将为其播放音乐。 B.一个参赛选手将启动他们的每个机器人，不管是手动还是遥控。 提示；各队鼓励在音乐开始几秒钟后，启动他们的机器人。这是因为在音频资料启动后，在音乐响起时，让机器人的舞蹈与音乐合拍是有难度的。同样，可能在参赛选手启动机器人时，因为舞蹈场地的结构、现场的音响环境，看不见或听不到工作人员播放的音频资料。因此，各队须准备好适应这些条件。 ⑤重新启动和重复 A.根据工作人员的判断，如各队有必要，可以重新启动程序。 B.根据工作人员的判断，各队可以重新启动他们的程序。 ⑥安全 为了避免如爆炸、烟雾或火焰等危险的情景的发生，比赛内容里不得含有这些危险的内容或情节。在比赛前，各队必须服从和执行比赛须知，描述自己机器人舞蹈程序的内容。裁判员可以要求各队提供机器人舞蹈动作的样本，以便作出判断，根据主裁判员的判断，不符合要求的参赛队，将不能参加比赛。 ⑷裁判 ①所有参赛队的成绩都必须通过参赛队亲自现场表演比赛来进行裁判 A.由5人小组进行裁判，其中的2人将判罚整个过程，这个裁判小组成员有不同的裁判内容。 B.在赛前指定5人裁判小组。 C.裁判员与参赛队没有任何亲密关系。 ②评分标准 A.比赛的判罚分为以下几个类别: a.程序设计（使用循环、跳跃、起伏和程序语言的使用等等）。 b.机器人搭建（能够描述机器人的组成、完整的结构、合适的使用传动装置、流畅可靠的运行、完成趣味性的动作、有效的利用机械与力学完成预期的任务）。 c.有效的使用传感器（能触发不同部分的程序、探测轨迹等，也包括使用传感器以外的其他技术）。 d.舞蹈艺术（机器人的动作要与音乐节奏合拍，动作要随着音乐速度和节奏
第 3 课 机器人跳舞 教学目标 1、模仿范例 2，初步尝试 scratch 软件中“从文件夹中选择新角色” 来新增角色。 2、模仿范例 2，初步尝试 scratch 软件中声音的导入和给背景设计音 乐脚本。 3、学习范例 2，能看懂并理解以下（图一和图二）的脚本。 3、模仿范例 2，自己设计一个作品。
图一
图二 和
4、学习范例 2，重点理解 模块的作用。
教学课时： 1 课时 教学过程： 一、创设情景，激发兴趣
老师打开例子，今天我们学习新的例子，请同学们看，机器人在音 乐的伴奏下激情地跳起舞了，你想自己也来设计一个生趣有音乐的作 品吗？下面我们就开始学习吧！b5E2RGbCAP
二、模仿学习，探究发现 1、请同学打开例子，对照例子看，动画故事里有几个角色？如何新增 这些角色？ 2、思考每个角色有几个造型？如何导入不同的造型？ 3、仔细观察每个角色的脚本，与我们上节课学习的脚本用到什么不同 的模块. 4、鼠标点击脚本，看一看显示区中角色是如何变化的，想一想脚本是 怎样在控制角色的，不同颜色的模板起着什么作用，多尝试几次，理 解模块的用法。p1EanqFDPw 5、完成作品后保存提交。 三、学生设计创作，教师巡视指导
在创作中学生遇到的各种设计问题，教师把它展示出来，请同学们 观察并解决，倡导学生之间互相学习。无法解决的老师再给予指导。
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四、欣赏作品，交流学习 请 1 到 2 位学生，说一说设计思想和故事情境。 五、师生共同小结，构建知识 通过今天我们学习的例子，知道如何控制角色的移动；通过给角色 设置特效，使角色变得有活力和生命。我们还知道了一个作品中用同 一个音乐时， 可以用 的模块给背景设计音乐
脚本。同时，尝试了声音是如何导入的。我们用到的以下两个脚本控 制我们的角色。RTCrpUDGiT 坚持下去，日积月累，我相信大家一定会成为 scratch 设计高手。
一、机器人的定义 美国机器人协会（RIA）的定义: 机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用的装置，通过可编程序动作来执行种种任务的、并具有编程能力的多功能机械手。 日本工业机器人协会(JIRA—Japanese Industrial Robot Association)：一种带有存储器件和末端执行器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。(An all—purpose machine equipped with a memory device and an end—effector，and capable of rotation and of replacing human labor by automatic performance of movements．) 世界标准化组织(ISO)：机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。(A robot is a machine which can be programmed to perform some tasks which involve manipulative or locomotive actions under automatic control．) 中国(原机械工业部)：工业机器人是一种能自动定位控制、可重复编程、多功能多自由度的操作机，它能搬运材料、零件或夹持工具，用以完成各种作业。 二、机器人定义的本质： 首先，机器人是机器而不是人，它是人类制造的替代人类从事某种作业的工具，它能是人的某些功能的延伸。在某些方面，机器人可具有超越人类的能力，但从本质上说机器人永远不可能全面超越人类。
智能机器人创新设计 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
智能机器人创新设计 第一阶段 智能机器人作品创新设计 智能机器人创新设计评选的目的是为了激发青少年的创新意识，鼓励机器人爱好者在机器人开发和使用中自主创新，以创新为主题，设计制作各种新颖的机器人项目，实现机器人的机械、电子、气动、软件以及传感器等方面的扩展应用，从而推动机器人应用的不断发展。 一.创新设计选题 智能机器人创新设计第一步是选题，选题应该遵循以下基本原则。 1.题目来源于生活，服务于生活 2.科学性、新颖性、展示性。 3.根据自身能力判断可行性。 二.创新设计途径 1.模仿：在已有成果的基础上，充分利用智能机器人技术，模仿其结构和控制原理。在过程中实践，在实践中应用。 2.改进：在参考原有功能和设计结构的基础上，进一步丰富和完善智能系统，使之功能更全面，更高效。 3.发明创造：历史上没有的。 三.评选原则 1.可行性原则：所设计的机器人应具备良好的可操作性和安全性。作品完成后还应充分考虑到其他人员在使用时是否能顺利启动，或者使其经过一定的努力也可以完成某一项功能或任务。鼓励设计者利用现有资源，整合费旧材料以最少的资本投入完成相关活动，显现出环保节能意识。 2.创新性原则：创新是技术活动的本质所在，在设计机器人作品时，师生应根据日常生活经验，展开丰富、科学的联想，并积极附注于实践。创造新方法、新成果、新价值。 3.智能性原则：机器人创新设计不同于一般的科技发明，其核心重在体现作品自身的智能化（如感知、规划、动作和协同等能力）。设计好的机器人创新作品可按照周围环境所提供的信息，利用各种传感器和动力装置进行信息的获取和输出，并能按照预设的程序指令决定自己的行动，要有一定的自主能力。这也正是机器人创新设计的魅力所在。
说说我们的基地 ——记自己在舞蹈机器人基地半智能机器人组的一年 随着新生军训的口号声，一个新的学年又不知不觉地开始了，而自己也已经进入了大四。回想自己已经过去的三年大学时光，如果真的有从头再来的机会的话，我一定会这样做的。我从小热爱计算机，不过在加入基地前我几乎没有认真地学过一项计算机方面的技术，说到底还是自己太浮躁，不踏实，没有充分利用好时间，更重要的是，自己一个人也没有足够的实验条件。 加入基地之后，我结识了许多技术十分出色的朋友。是他们和他们在基地的工作使我认识到了自己与许多人的许多差距，无论是技术上，还是做事上。尤其是看着09级那些干劲十足的学弟们，我真的为自己在一年前的半堕落状态感到惭愧。基地浓厚的学习气氛极大地鞭策了我去继续学习、实践计算机的知识与技术。从之前对硬件与底层软件基本一窍不通，到现在能够明白一整套软件&硬件&机械系统的工作原理，能够通过看电路自己焊飞线来实现想要的功能，知道如何编写程序来操作硬件，懂得了课本上讲得很虚幻的工作原理是怎样真真切切地表现在机器人的电路板和软件上的，我感谢基地给我带来的变化。 如果让我举出我这三年最幸运的事情，那应该是加入了舞蹈机器人基地； 如果让我举出我这三年最遗憾的事情，那一定是没有早一年，甚至早两年加入舞蹈机器人基地。 在这篇文章中，我愿意把我在基地这短短一年的经历与大家分享，同时向大家介绍一下我们基地的半智能机器人项目。希望更多的人能够更多地了解我们这个充满热情，崇尚技术的团队，并加入到我们中间。—————————————————————————————————————————— 我是在去年这个时候加入的舞蹈机器人基地，说起来应该算是基地里资历比较浅的队员了。我接触编程很早，可是我对硬件方面的设计从来都不怎么懂。在加入的第一个学期里，我对基地的满桌子满地的器件那是各种好奇啊，什么模拟舵机、数字舵机、各种芯片、单片机、传感器，还有一堆堆的焊好的与没焊好的PCB电路板。我时常拿起一个器件，问问旁边的同学“这是什么”，而他们总会耐心地给我讲。 记得当时组长给我们演示机器人做动作时，他的笔记本的USB口上插着一个模块，这个模块又通过几根线与机器人上的电路板相连，机器人通过一个直流电源箱供电。他在笔记本上操作一个看起来很专业的机器人调试软件，机器人居然就随着他的指令做动作。我心里的好奇之火一下子熊熊燃烧起来了，心里的感觉一直是：好神奇，好神奇…… 后来又了解到机器人上的电路板是我们基地电路组的同学自己设计并焊接的，而笔记本上的上位机调试软件同样是我们基地软件组的同学自己编写的，电脑与机器人之间的通讯协议也是我们自己定义的，机器人身上的各部分零件也都是基地机械组的同学设计的。 于是当时的我一下子对这帮人充满了佩服和羡慕，佩服的是他们的技术，羡慕是因为不知道自己啥时候才能学懂这些东西。后来通过学习和请教，我逐渐明白了这套系统的工作原
第十八届中国青少年机器人竞赛 机器人创意比赛主题与规则 1关于机器人创意比赛 机器人创意比赛是基于每年一度的中国青少年机器人竞赛的主题与规则，组织在校中小学生机器人爱好者，花费6 个月左右的时间，在课题导师或教练员的指导下，在学校、家庭、校外机器人工作室或科技实验室，以个人或小组的方式，进行机器人的创意、设计、编程与制作，最后提交机器人实体作品参加中国青少年机器人竞赛组委会举办的机器人创意比赛活动。 机器人创意比赛对于培养学生学习与综合运用机器人技术、电子信息技术、工程技术，激发创新思维潜能，提高综合设计和制作的能力，培养学生开展科学研究基本素质极为有益。 2主题 2.1主题简介 本届机器人创意比赛主题选定为“家庭服务机器人”，旨在促进青少年了解机器人技术在帮助人类家庭生活方面的作用，并使得同学们在探索机器人知识、技能的过程中树立终身学习的理念。 2.2示例 “家庭服务机器人”的选题相当宽泛，可谓多姿多彩，很适合作为中小学生机器人创意的主题。下面的三个机器人的创意仅仅是为了抛砖引玉，实际应用的机器人远不止这些。 送餐机器人 根据室内房间面积和楼层高度，来安装机器人视觉能识别的航标（此航标安装精度要求很高）。设定餐桌位置及转弯位置，由此形成机器人可识别的电子地图。根据此地图机器人形成自动记忆导航并沿着航标指引方向准确无误地到达餐桌完成送餐任务和返回原点！由于机器人的自动记忆导航功能、视觉校正功能，后台调度控制系统可调度多台机器人同时运行，任务优先，柔性化更好，路径最短，效率更高！语音报菜名及障碍物语音提示内容：可自行录制方言或特色语言，方便添加更改。
图1 送餐机器人 ●烹饪机器人 图2 烹饪机器人 在上海世博会的企业联合馆曾展出一种厨师机器人，它头戴厨师帽名叫“爱可”，这个厨师机器人高约2m，宽1.8m。拉开“爱可”肚子上的拉门，里面有特制的烹调设备，有锅，有自动喷油，喷水和搅拌设备，与之相连接的是一个智能化触摸屏，上面是系统控制界面，根据工作人员事先设定好的特级厨师菜谱，“爱可”一共可以独立烹调24 种中华美食。只要按照程序“下单”，头戴专业厨师帽的机器人便会像模像样地开始准备：将早以“定量”好的主料、配料和调料都放在一个专用盒子里；然后又将它们放入炒锅中，放上油、水，炒锅开始旋转，将食材充分搅拌，然后点火，炒锅不停翻转，就像人炒菜一样，大约三分钟后，一盘佳肴就做呈现在顾客面前。 烹饪机器人的市场前景还是非常的巨大的，随着人们生活水平的提高，再加上社会节奏的加快，为了给自己拥有更多的时间和空间，在中国，厨师机器人将会进入千家万户。 ●草坪修剪机器人
第9课《机器人跳舞》 一、本课说明 在前面几课的学习中，学生已经知道通过“移动”模块可以上机器人前进和后退，可能有些学生在设置“移动”模块的参数时，还发现如果将左右电机的数值设置为不同的值，会导致机器人左转或右转。本课将通过机器人跳“８”舞的案例来介绍机器人的转弯，涉及到“启动电机”模块的使用，及永远循环结构语句的编写。 二、教学目标 1、知识和技能目标 （１）了解“启动电机”模块与“移动”模块的区别； （２）了解永远循环结构语句的含义； ２、过程与方法目标 （１）学会使用“启动电机”模块； （２）编写具有永远循环结构的程序； 3、情感性目标 培养学生分析问题、解决问题的能力，让学生在学习体验成功的乐趣，提高学生相互交流的能力。 三、教学重、难点 1、教学重点 （1）“启动电机”模块的使用； （2）编写具有永远循环结构的程序；
2、教学难点 永远循环结构语句的理解与使用。 四、教学准备 将本课的视频及相关资料分发到学生机上，事先将本课要用的机器人程序编写好，以便示范。 五、教学过程 1、情境导入 演示机器人跳“８”字舞。 教师：机器人在干什么？如果让你控制机器人“不知疲倦”地跳舞，你行吗？并说说你是怎么去做的？ 学生演示，汇报。 教师：没有成功也没关系，现在啊，老师就叫同学们怎样设置。 ２、新授 教师讲解“启动电机”模块的使用、永远循环语句的使用，同时对“８”字舞进行分析。 学生再次去编写控制机器人跳“８”舞的程序。 学生表演机器人跳“８”舞。 布置任务：利用已有的知识，设计一个舞蹈，让机器人来表演。 学生分组活动，教师指导帮助。 学生表演机器人，其他学生和老师一起对其机器人进行评价。 思考练习：影响机器人画圆有哪些因素？并试着完成书中的“试一试”１。
引言 30年前，比尔·盖茨毅然弃学，创立微软，成为个人电脑普及革命的领军人物；30年后的今天，他预言，机器人即将重复个人电脑崛起的道路。点燃机器人普及的“导火索”，这场革命必将与个人电脑一样，彻底改变这个时代的生活方式。 机器人作为人类２０世纪最伟大的发明之一，在短短的几十年内发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。目前机器已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经越来越离不开机器人帮助。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动控制等为一体。目前对机器人的研究已经呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领域。 目前机器人行业的发展与30年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦察机器人、以及负责清扫地板的家用机器人，还有不少参照人、狗、恐龙的样子制造机器人玩具。舞蹈机器人（如图1）具有人类外观特征、可爱的外貌、又兼有技术含量，极受青少年的喜爱。我从前年开始机器人方面的研究，在这过程中尝试过很多次的失败，也感受到了无比的乐趣。
图1.1、舞蹈机器人 1 绪论 机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自20世纪60年代初问世以来，经历40余年的发展已取得长足的进步。未来的机器人是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人的多用化，昭示着机器人技术灿烂的明天。 1.1国内外机器人技术发展的现状 为了使机器人能更好的应用于工业，各工业发达国家的大学、研究机构和大工业企业对机器人系统开发投入了大量的人力财力。在美国和加拿大，各主要大学都设有机器人研究室，麻省理工学院侧重于制造过程机器人系统的研究，卡耐基—梅隆机器人研究所侧重于挖掘机器人系统的研究，而斯坦福大学则着重于系统应用软件的开发。德国正研究开发“MOVE AND PLAY”机器人系统，使机器人操作就像人们操作录像机、开汽车一样。 从六十年代开始日本政府实施一系列扶植政策，使日本机器人产业迅速发展起来，经过短短的十几年。到80年代中期，已一跃而为“机器人王国”。其机器人的产量和安装的台数在国际上跃居首位。按照日本产业机器人工业会常务理事米本完二的说法：“日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期。70年代的实用期。到80年代进人普及提高期。”并正式把1980年定为产业机器人的普及元年”。开始在各个领域内广泛推广使用机器人。 中国机器人的发展起步较晚，1972年我国开始研制自己的工业机器人。"七五"期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。20世纪90年代，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、装配、喷漆、切割、搬运等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。 1.2 机器人技术的市场应用 机器人融入我们日常生活的步伐有多快？据国际机器人联盟调查，2004年，全球个人机器人约有200万台，到2008年，还将有700万台机器人投入运行。按照韩国信息通信部的计划，到2013年，韩国每个家庭都能拥有一台机器人；而日本机器人协会预测，到2025年，全球机器人产业的“蛋糕”将达到每年500亿美元的规模(现在仅有50
全国大学生 第一届机械创新设计大赛获奖作品展示 全国一等奖 北京化工齿动多 功能平行口钳 北京化工齿动多 功能平行口钳 北京化工齿动多功能平行口 钳 大连理工机械式 自动节水水龙头 第二炮兵工程学 院军地两用全自 动担架车 第二炮兵工程学 院军地两用全自 动担架车 东南大学自适应可翻转探测 车 东南大学自适应 可翻转探测车 东南大学自适应 可翻转探测车 东南大学自适应 可翻转探测车 福大节流阀型高楼逃生器 福大节流阀型高 楼逃生器 福大节流阀型高 楼逃生器 国防科大行星轮 式登月车 国防科大行星轮式登月车 国防科大行星轮 式登月车 国防科大行星轮 式登月车 哈工并联与分布 控制机器人 哈工并联与分布控制机器人 哈工并联与分布 控制机器人
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