仿人思維的類人機器人自主舞蹈創作探討

雷晗

摘要：本文在提出能夠仿人思維，類人機器人實現自主舞蹈創作的總設計思路前提下，指出所需運用的具體設備，和舞蹈動作實現的設計思路，包括選取、設計、實現三個步驟，保證每機器人能夠在舞蹈肢體動作過程中，保證舵機的轉動數據，并能夠協調控制機器人的自由度，對類似研究提供指導意義。

關鍵詞：仿人思維;類人機器人;自主舞蹈創作

舞蹈作為國際間表達人類情感的通用方式的一種，在人類社會文明發展中必不可少，通過肢體交互表達產生情感及思維共鳴。類人機器人較其他機器人能夠與人類生活更加貼近，顧名思義類人機器人能夠仿人思維，存在與人類情感表達、肢體行為、思維方式的諸多共通之處[1]。因此本文展開對能夠仿人思維的類人機器人自主舞蹈創作研究，豐富該領域的研究成果。

1類人機器人自主舞蹈設計思路

類人機器人是以人為模型，通過大量的舵機相連接，這好比人類的關節，再通過芯片（相當于人的大腦）控制舵機，通過編程讓機器人完成各種動作。機器人由舵機以及相應的附件構成，從而模仿出人類的關節，機器人的芯片將模仿人的大腦，用VB語言進行編程。但要控制機器人穩定完成預期動作，核心需要控制機器人重心，以及通過程序讓舵機協調工作，通過程序設計讓各種動作按照一定的時序完成從而形成一系列動作。力求能夠讓機器人的應用領域從物質領域擴大到精神領域，充分利用和發揮機器人的優勢特點。

1.1選型

考慮到應當自主舞蹈及經費問題，對于機器人應當謹慎選型，一方面應當考慮人形，并且通過舵機關節實現部分復雜化的舞蹈動作，并且實現舞蹈動作也與機器人的自由度相關。自由度作為機器人的關鍵指標，決定于機器人的設備結構，更對機器人的機動性產生直接影響。換言之就是說機器人達到越多的自由度，那么便能夠實現更復雜化的舞蹈自主創作。因此本研究考慮多因素，最終選擇北京森漢公司的8sRobowinner機器人，價格適中且提供機器人圖形編程和C語言編程軟件，可以在教師指導下快速入手，添加傳感器實現自主創作[2]。

1.2外形

根據機器人所要表達的舞種設計不同的民族服飾，并且根據之后所設計的舞蹈類型選擇具體布料，完成舞蹈服裝的制作。

1.3設備部分

對于機器人設備選型方面，采用了寬約束統一標準結構，均為金屬齒輪、合金零件，方便機器人的組裝拆卸，并特別配置能夠在Windows環境下實現的“三維動畫虛擬仿真”軟件。目前在計算機輔助仿真軟件工具中，以開源機器人操作系統ROS最具代表性。

2仿人思維類人機器人自主舞蹈創作模型架構

以人類的舞蹈創作便道客觀規律為借鑒依據，實現類人機器人的舞蹈自主創作時可以同樣依照仿人思維實現，也就是可以通過模擬、記憶、想象、加工、組合等方式，自主創作類人機器人仿人思維，對此本文仿人思維類人機器人自主舞蹈創作建模（見圖1）[3]。并且在該模型中還將限制釋放算法、半交互式凈化計算、平衡偵測及平衡補償引入該機器人舞蹈自主創作模型中，能夠有效確保類人機器人的舞蹈創作可以憑借想象、加工、平衡與人類審美相符。

3選取舞蹈動作設計思路

3.1設計舞蹈動作

對類人機器人進行舞蹈自主創作安排時，需要注意對機器人的不同關節運動精準角度準確控制，由于舵機可以對類人機器人的大范圍轉動角度加以控制，所以運用舵機作為對類人機器人的舞蹈自由度驅動元件。設計了類人機器人分別達到上肢3個自由度、下肢5個自由度以及頭部1個自由度共計17個自由度（見圖2）[4]。

在舞蹈動作自主創作編程問題，采用了ROBOGC機器人動作調試軟件，實現類人機器人的舞蹈動作編程，運用形象化模塊搭設動作實現流程圖[5]。在搭建過程中該軟件能夠動態化生成無語言的錯誤式交互C語言代碼。在搭設完畢流程圖之后，即完成舞蹈動作創作編寫，下載至機器人中代碼編輯環境中即可運行或修改。還能夠對機器人的舞蹈動作自由度及時間間隔，通過代碼程序編寫更好的實現與伴奏音樂配合。控制系統還能夠滿足行動和舞蹈動作設計所需。對于舞蹈表演過程中，實現動作及音樂合拍，呈現精美的舞蹈動作。

3.2實現舞蹈動作

實現類人機器人的舞蹈創作動作控制系統，包括了硬軟件兩部分，軟件分別為上位機動態調試、下位機軟件系統。通過控制各個關節的舵機轉動速度和角度來實現舞蹈的步調、節奏和動作幅度的。在能夠實現舞蹈動作前需要對機器人的軟件功能充分了解。將所得動作數據表下載到舵機控制板中，由舵機控制板來控制各個關節，按順序執行動作表中的各個動作。同時控制音樂播放器播放舞蹈音樂，實現舞蹈機器人在音樂聲中翩翩起舞。

在機器人智能板及PC端實現的智能通信，運用了STM32 f103r8t6芯片開發智能版軟件運行環境，一要實現PC機、智能板之間的裝備連接，對于PC機內部的開發工具、環境，還需要安裝Windows操作系統調試機器人[6]。

3.2.1連接機器人

對于類人機器人的舞蹈動作創作中，機器人連接通信尤為關鍵，本文運用了無限ZigBee通信模塊，包括了單個協調器和多個盲節點，包括IEEE802.15.4規范及ZigBee規范兩種。由應用層、網絡層、數鏈層、物理層構成了完整規范協議組件。機器人控制系統模塊結構四種（見圖3）如下：

在控制模塊中可以實現對于菜單欄內舞蹈動作流程圖，以及編程代碼的文件管理;在流程圖設計模塊內，可以提供用戶所需的流程圖設計面板，自帶動作庫元件以動作庫元件及連線構成，用戶可以自主定義流程圖，形成良好的用戶交互;在代碼生成顯示模塊，能夠與各元件連線生成流程圖，自動調用代碼生成模塊，轉化可執行代碼并對之前代碼的正確性進行校驗，運用更新之后的代碼框顯示更新后的代碼;在串口通信模塊，包括了在線調試、下載模式兩種功能。

3.2.2動作狀態編輯

通過點擊控制模塊中的舞蹈自主創作，能夠建立多自主動作模塊，并在對應模塊內保存不同的舞蹈動作狀態，運用箭頭與下一模塊之間充分連接，轉變當前狀態為下一個狀態即成功創作動作。還可運用無限通信技術實現遠距離類人機器人舞蹈動作的遠距離控制，運用串行總線USB標準接口，能夠實現機器人、電腦之間的動作編譯連接。設定手柄IP值修改，即可方便操作者下發指令的機器人統一完成。

3.2.3機器人調試

以ZMP穩定性判據、龐加萊穩定性判據作為實現機器人動作穩定性調試的關鍵依據，（見圖4）作為ZMP機器人行走模型圖。對類人機器人的舞蹈動作創作中動態穩定性的判斷依據為達到“零力據點”，能夠控制類人機器人腳掌范圍內ZMP，即表示類人機器人的舞蹈動作穩定性。

3.3類人機器人舞蹈創作改進新思路

對于仿人思維的類人機器人舞蹈動作創作，進一步改進思路可以重視機器人的舞蹈情感表達，與情感接收、程序編碼以及機械關節靈活度相關研究。實現音樂特征及舞蹈動作匹配，實現肢體動作的護理拼接，并且重視舞蹈段之間的匹配適當。不僅如此還可以引入三維動畫，從而對類人機器人的舞蹈動作失真情況有效避免并彌補缺點，實現肢體、思維的高度匹配呈現最佳化的舞蹈動作。

結語

總而言之，想要達到真正的舞蹈美感，類人機器人舞蹈自主創作還需要不斷深入研究，通過本文研究，對類人機器人的仿人舞蹈動作創作編程、穩定性調試，實現了更高效便捷的類人機器人舞蹈動作設計。

參考文獻：

[1]蔣鑠.基于優必選Alpha 1S仿人形舞蹈機器人的設計研究[J].機器人技術與應用，2018，185 （05）：29-32.

[2]陳睿，羅文寬，王碩，et al.仿人形舞蹈機器人的設計與實現[J].產業與科技論壇，2017 （7）.

[3]劉飛飛.群眾文化藝術舞蹈創作思維及編導法則的研究[J].文藝生活旬刊，2015 （8）：97-97.

[4]石冠彬.論智能機器人創作物的著作權保護——以智能機器人的主體資格為視角[J].東方法學，2018，No.63 （03）：142-150.

[5]郭巍丹.虛擬與現實相融，思維與創造同升——S+W式機器人校本項目的設計、實施、價值與感悟[J].中國信息技術教育，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.