[发明专利]随节奏自主舞蹈的人形机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人，具体涉及一种随节奏起舞的人形机器人。

背景技术

机器人作为一个有趣并且复杂的热门人工智能研究领域，它融合了机器人学、机电一体 化、多智能体协作、实时视觉系统、无线通信、人工智能等多个领域的高新技术。

目前国际上，人形机器人的研究主要以两大赛事来促进，即FIRA和ROBOCUP，在这 两项赛事中，都加进了人形机器人舞蹈的比赛项目。国内外机器人研究正向着纵深方向发展， 机器人的智能水平一直都是研究者重点关注的主要问题：一方面希望通过机器人足球比赛来 提升机器人多学科的合作研究，另一方面机器人也正向着更全面的智能和更广泛的应用方面 发展。近年来，在学术研究领域出现了以ASIMO、HONDA、HRP-2等为代表的大型人形 机器人。在高档玩具机器人市场上，国外也出现了几款行走稳定且能完成多种舞蹈动作的机 器人。人形机器人的智能水平也在全方位提升，在视觉、平衡觉、语言识别等方面都有一些 工作。而在音乐识别，特别是节奏识别与舞蹈动作的结合方面，还未见报道。

舞蹈是能带给人美感享受到的高雅艺术，节奏识别是当前人工智能的前沿研究技术，而 人形机器人是集多种尖端科技于一体的研究热点。因此将三者结合无疑是具有挑战性的高难 度的项目，它是高新技术与艺术相结合的产物。

目前人形机器人舞蹈的研究还停留在人工编舞的阶段，其过程是由人根据选定的音乐， 预先设计好一套完整的舞蹈动作，编写实现舞蹈动作的程序，再由机器人按照既定的指令进 行表演，机器人并不具有自主音乐分析和自主编舞能力。在音乐识别方面，国内有关工作报 道较少，相关工作包括单音的音符识别和基于MIDI格式的数字音乐识别，未见到针对多种乐 器及和弦的音符识别，也没有节奏识别相关工作的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有通用音乐节奏识别能力的人形机器人，该 机器人能够自动识别不同节奏的音乐，自主表演一套优美完整的舞蹈。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供一种具有通用音乐节奏识别能力的人形 机器人，其大脑设有通用音乐节奏识别能力的嵌入式计算机系统，该系统主要由听觉子系统、 节奏识别子系统和舞蹈动作组合子系统组成，其中：听觉子系统通过传感器获得外部播放的 音乐，并转换为数字音乐信号，该数字音乐信号作为节奏识别子系统的输入；节奏识别子系 统对数字音乐信号进行处理，获得音乐的节奏和节拍特征，包括每分钟节拍数和节拍开始时 间；舞蹈动作组合子系统根据节奏识别子系统得到的节奏特征，自主进行舞蹈组合；这三个 子系统以流水线的形式并行处理，使该机器人随节奏自主起舞。

本发明涉及相当广泛的科学技术领域，包括机器人学、机电一体化、音乐信号处理、人 工智能等，具有很强的实用性。机器人听觉系统听到音乐后，机器人大脑根据分析得到的音 乐节奏与节拍特性并选择相对应的舞蹈策略，这样机器人能够随着音乐的节奏自主表演一套 优美完整的舞蹈。这里所说的其中音乐节奏识别具有类型没有特别的要求，只要求音乐是普 通人能够听到的。本发明还具有以下的应用前景：

(1)艺术应用：节奏识别技术可以开发为音乐识别软件，这将扩展现有的音乐软件的性 能。机器人舞蹈所具有的娱乐性和观赏性进一步增加了高科技对抗性，因而具有更大的魅力。

(2)教育与娱乐活动：该机器人可在国内各科技馆和青少年活动中心展出，提高广大青 少年对科学的兴趣，同时也可作为娱乐机器人广泛应用于人机表演等方面。

附图说明

图1是录音流程示意图。

图2是能够感知音乐节奏的心理声学实验流程图。

图3是不能够感知音乐节奏的心理声学实验流程图。

图4是识别音乐节奏与节拍的流程图。

图5是六阶椭圆滤波器特性图。

图6是半汉宁窗函数图像。

图7是半波校验流程图。

图8是节奏分析流程图。

图9是相位计算流程图。

具体实施方式