仿人思维的类人机器人自主舞蹈创作探讨

雷晗

摘要：本文在提出能够仿人思维，类人机器人实现自主舞蹈创作的总设计思路前提下，指出所需运用的具体设备，和舞蹈动作实现的设计思路，包括选取、设计、实现三个步骤，保证每机器人能够在舞蹈肢体动作过程中，保证舵机的转动数据，并能够协调控制机器人的自由度，对类似研究提供指导意义。

关键词：仿人思维;类人机器人;自主舞蹈创作

舞蹈作为国际间表达人类情感的通用方式的一种，在人类社会文明发展中必不可少，通过肢体交互表达产生情感及思维共鸣。类人机器人较其他机器人能够与人类生活更加贴近，顾名思义类人机器人能够仿人思维，存在与人类情感表达、肢体行为、思维方式的诸多共通之处[1]。因此本文展开对能够仿人思维的类人机器人自主舞蹈创作研究，丰富该领域的研究成果。

1类人机器人自主舞蹈设计思路

类人机器人是以人为模型，通过大量的舵机相连接，这好比人类的关节，再通过芯片（相当于人的大脑）控制舵机，通过编程让机器人完成各种动作。机器人由舵机以及相应的附件构成，从而模仿出人类的关节，机器人的芯片将模仿人的大脑，用VB语言进行编程。但要控制机器人稳定完成预期动作，核心需要控制机器人重心，以及通过程序让舵机协调工作，通过程序设计让各种动作按照一定的时序完成从而形成一系列动作。力求能够让机器人的应用领域从物质领域扩大到精神领域，充分利用和发挥机器人的优势特点。

1.1选型

考虑到应当自主舞蹈及经费问题，对于机器人应当谨慎选型，一方面应当考虑人形，并且通过舵机关节实现部分复杂化的舞蹈动作，并且实现舞蹈动作也与机器人的自由度相关。自由度作为机器人的关键指标，决定于机器人的设备结构，更对机器人的机动性产生直接影响。换言之就是说机器人达到越多的自由度，那么便能够实现更复杂化的舞蹈自主创作。因此本研究考虑多因素，最终选择北京森汉公司的8sRobowinner机器人，价格适中且提供机器人图形编程和C语言编程软件，可以在教师指导下快速入手，添加传感器实现自主创作[2]。

1.2外形

根据机器人所要表达的舞种设计不同的民族服饰，并且根据之后所设计的舞蹈类型选择具体布料，完成舞蹈服装的制作。

1.3设备部分

对于机器人设备选型方面，采用了宽约束统一标准结构，均为金属齿轮、合金零件，方便机器人的组装拆卸，并特别配置能够在Windows环境下实现的“三维动画虚拟仿真”软件。目前在计算机辅助仿真软件工具中，以开源机器人操作系统ROS最具代表性。

2仿人思维类人机器人自主舞蹈创作模型架构

以人类的舞蹈创作便道客观规律为借鉴依据，实现类人机器人的舞蹈自主创作时可以同样依照仿人思维实现，也就是可以通过模拟、记忆、想象、加工、组合等方式，自主创作类人机器人仿人思维，对此本文仿人思维类人机器人自主舞蹈创作建模（见图1）[3]。并且在该模型中还将限制释放算法、半交互式净化计算、平衡侦测及平衡补偿引入该机器人舞蹈自主创作模型中，能够有效确保类人机器人的舞蹈创作可以凭借想象、加工、平衡与人类审美相符。

3选取舞蹈动作设计思路

3.1设计舞蹈动作

对类人机器人进行舞蹈自主创作安排时，需要注意对机器人的不同关节运动精准角度准确控制，由于舵机可以对类人机器人的大范围转动角度加以控制，所以运用舵机作为对类人机器人的舞蹈自由度驱动元件。设计了类人机器人分别达到上肢3个自由度、下肢5个自由度以及头部1个自由度共计17个自由度（见图2）[4]。

在舞蹈动作自主创作编程问题，采用了ROBOGC机器人动作调试软件，实现类人机器人的舞蹈动作编程，运用形象化模块搭设动作实现流程图[5]。在搭建过程中该软件能够动态化生成无语言的错误式交互C语言代码。在搭设完毕流程图之后，即完成舞蹈动作创作编写，下载至机器人中代码编辑环境中即可运行或修改。还能够对机器人的舞蹈动作自由度及时间间隔，通过代码程序编写更好的实现与伴奏音乐配合。控制系统还能够满足行动和舞蹈动作设计所需。对于舞蹈表演过程中，实现动作及音乐合拍，呈现精美的舞蹈动作。

3.2實现舞蹈动作

实现类人机器人的舞蹈创作动作控制系统，包括了硬软件两部分，软件分别为上位机动态调试、下位机软件系统。通过控制各个关节的舵机转动速度和角度来实现舞蹈的步调、节奏和动作幅度的。在能够实现舞蹈动作前需要对机器人的软件功能充分了解。将所得动作数据表下载到舵机控制板中，由舵机控制板来控制各个关节，按顺序执行动作表中的各个动作。同时控制音乐播放器播放舞蹈音乐，实现舞蹈机器人在音乐声中翩翩起舞。

在机器人智能板及PC端实现的智能通信，运用了STM32 f103r8t6芯片开发智能版软件运行环境，一要实现PC机、智能板之间的装备连接，对于PC机内部的开发工具、环境，还需要安装Windows操作系统调试机器人[6]。

3.2.1连接机器人

对于类人机器人的舞蹈动作创作中，机器人连接通信尤为关键，本文运用了无限ZigBee通信模块，包括了单个协调器和多个盲节点，包括IEEE802.15.4规范及ZigBee规范两种。由应用层、网络层、数链层、物理层构成了完整规范协议组件。机器人控制系统模块结构四种（见图3）如下：

在控制模块中可以实现对于菜单栏内舞蹈动作流程图，以及编程代码的文件管理;在流程图设计模块内，可以提供用户所需的流程图设计面板，自带动作库元件以动作库元件及连线构成，用户可以自主定义流程图，形成良好的用户交互;在代码生成显示模块，能够与各元件连线生成流程图，自动调用代码生成模块，转化可执行代码并对之前代码的正确性进行校验，运用更新之后的代码框显示更新后的代码;在串口通信模块，包括了在线调试、下载模式两种功能。

3.2.2动作状态编辑

通過点击控制模块中的舞蹈自主创作，能够建立多自主动作模块，并在对应模块内保存不同的舞蹈动作状态，运用箭头与下一模块之间充分连接，转变当前状态为下一个状态即成功创作动作。还可运用无限通信技术实现远距离类人机器人舞蹈动作的远距离控制，运用串行总线USB标准接口，能够实现机器人、电脑之间的动作编译连接。设定手柄IP值修改，即可方便操作者下发指令的机器人统一完成。

3.2.3机器人调试

以ZMP稳定性判据、庞加莱稳定性判据作为实现机器人动作稳定性调试的关键依据，（见图4）作为ZMP机器人行走模型图。对类人机器人的舞蹈动作创作中动态稳定性的判断依据为达到“零力据点”，能够控制类人机器人脚掌范围内ZMP，即表示类人机器人的舞蹈动作稳定性。

3.3类人机器人舞蹈创作改进新思路

对于仿人思维的类人机器人舞蹈动作创作，进一步改进思路可以重视机器人的舞蹈情感表达，与情感接收、程序编码以及机械关节灵活度相关研究。实现音乐特征及舞蹈动作匹配，实现肢体动作的护理拼接，并且重视舞蹈段之间的匹配适当。不仅如此还可以引入三维动画，从而对类人机器人的舞蹈动作失真情况有效避免并弥补缺点，实现肢体、思维的高度匹配呈现最佳化的舞蹈动作。

结语

总而言之，想要达到真正的舞蹈美感，类人机器人舞蹈自主创作还需要不断深入研究，通过本文研究，对类人机器人的仿人舞蹈动作创作编程、稳定性调试，实现了更高效便捷的类人机器人舞蹈动作设计。

参考文献：

[1]蒋铄.基于优必选Alpha 1S仿人形舞蹈机器人的设计研究[J].机器人技术与应用，2018，185 （05）：29-32.

[2]陈睿，罗文宽，王硕，et al.仿人形舞蹈机器人的设计与实现[J].产业与科技论坛，2017 （7）.

[3]刘飞飞.群众文化艺术舞蹈创作思维及编导法则的研究[J].文艺生活旬刊，2015 （8）：97-97.

[4]石冠彬.论智能机器人创作物的著作权保护——以智能机器人的主体资格为视角[J].东方法学，2018，No.63 （03）：142-150.

[5]郭巍丹.虚拟与现实相融，思维与创造同升——S+W式机器人校本项目的设计、实施、价值与感悟[J].中国信息技术教育，2015 （22）：27-31.

[6]Yu Ping.The National Bones and Passion of China's Dance Drama：A Review of China's Dance Drama Creation in 2015[J].Ethnic Art Studies，2016.