一、课题综述及研究意义 本系统通过基于Arduino Mega 2560控制平台搭建一套音乐机器人系统，来实现移动互联设备的远程控制，并自主播放音乐，或通过操纵臂对不同的乐器进行演奏，实现各种演奏功能。通过借鉴已有的音乐机器人的设计方案，根据机器人模块接口位置、越障、作业和运动模式下操控性等各方面条件，确定音乐机器人的总体构形；之后，对音乐机器人进行单体各个组成模块的机械结构设计，从而完成原理样机的加工制造；再根据音乐机器人的技术参数，通过matlab软件对机器人进行运动学建模、分析以及仿真，完成对机器人系统构态变换矩阵计算和单体构形表达；接着进行音乐机器人的控制系统设计，包括整体运动控制和工作状态下末端执行器运动控制；最后，对初步完成的音乐机器人原理样机进行试验，验证可重构机器人的运动学分析结果，同时检验控制系统的可行性。 本课题的研究意义在于设计一款拟人形态的、打击琴类的音乐演奏机器人，该款机器人通过模仿人类的不同动作，打击对应音律的琴键来实现音乐演奏。
二、课题拟采取的研究方法和技术路线 基于Arduino Mega 2560控制平台搭建一套音乐机器人系统，设计一款拟人形态的、打击琴类的音乐演奏机器人，来实现各种演奏功能。 研究方法即通过介绍音乐机器人研究的总体方案设计和主体设计内容，从处理器选型、功放模块、驱动模块、解码模块和供电电源设计等方面进行了具体研究分析。再接着，进行机械臂仿真设计的研究，包括坐标系建立、模型建立、运动学逆解和仿真模型建立四个方面。最后，是对音乐机器人软件设计的研究，包括程序流程、初始化程序、VS1003操作、步进电机控制程序和上位机设计。 本课题从硬件、软件和机械臂仿真着手，基于Arduino系统进行拟人形态的音乐机器人的设计研究，以实现音乐演奏。 三、主要参考文献 [1] 李绍明等.全自助足球机器人视觉系统的方案分析与比较[D].大连：大连民族学院. [2] 洪炳熔.机器人足球比赛-发展人工智能的里程碑[J].电子世界，2004(4). [3] 黄崇福，王家鼎.模糊信息优化处理技术与应用[M].北京：北京航空航天大学出版 社，1995. [4] 王火亮，孙守迁.基于超声波传感器测距的家用自主式吸尘器路径规划算法[J].计 算机应用研究，2002,19(8):57-61. [5] 郭志攀.小型双足机器人设计及运动规划研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007. [6] 杨斌，苏剑波.仿人机器人的分布式控制系统设计[J].控制工程，2007,32(1):102~1 18. [7] 谭林，鲁守银，刘存根.小型仿人机器人的设计及步态规划[J].电子设计工程，200 9,21(8):79~83. [8] 石华.仿蟹步行机器人步态研究与仿真分析[D].上海：华东理工大学，2010. [9] Joel Chestnutt,Manfred Lau, German Cheung, etc. Footstep planning for the Ho nda ASIMO humanoid[C].In: Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2005:631~636. [10] 郭晓明.双足竞步机器人控制系统的研究与设计[D].江西：江西理工大学，2013. [11] 何乙琦.舵机控制步行机器人系统设计[D].南京：南京理工大学，2012. [12] 张跃.多智能双足机器人协作控制研究与硬件平合实现[D].西安：西安电子科技 大学，2012. [13] 王晨升. 一种打击琴键音乐机器人的设计与实现[J].自动化，2013,1:1-3. [14] 郭剑鹰，吕恬生. 国外音乐机器人研究[J].机械工程，2002,3:14-18. [15] 沈林成.移动机器人白主控制理论与技术[J].科学出版社,2011,29(2):14~16. [16] 石华.仿蟹步行机器人步态研究与仿真分析[D].上海：华东理工大学，2010. [17] 台安科技(无锡)有限公司. RS232通讯隔离电路[P].中国专利，CN201557104U, 2010-08-18. 二、毕业设计（论文）工作实施计划 （一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果 理论分析：wwW.eeelw.com 早前，由日本法政大学研究的管乐器演奏音乐机器人已经能够达到很好的演奏效果。尤其是萨克斯管演奏机器人，已能够演奏出很好的音色。就目前而言，小号演奏音乐机器人也已能够演奏一个半的八度音程。至于未来，研究人员表示准备后增加八度音程来实现逼真的演奏效果。而最新的5代音乐演奏自动机器人，将原来的人造肺进行了大范围的改造，大大地缩短了喘气的时间，能够演奏出更快更高调的曲目，且演奏出来的音乐更加逼真。早稻田大学研究出来的键盘乐器自动演奏机器人一共拥有88台击打键盘器和两台踏板驱动装置，每一台都配了对应的一套伺服控制系统，能够很快地处理很大的数据系统，产生较为准确的波形，在很大一个范围的音域内进行演奏，从而达到模仿人类音乐家的效果。音乐机器人由于富有表现力，易于互动等特点，赢得了更广泛的大众的喜爱。 软硬件要求： 给出控制系统的总体方案设计，选择合适的处理器模型，建立机械臂的仿真设计模型，做出硬件模块和软件设计流程。 |
