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概述部分： 人体的各部分是有关节相互连接起来的， 机器人自由度的分配如上所述，，头部一个自由度，腰部两个自由度，左右手臂各两个自由度。 1 舞蹈机器人机械设计及运动学分析 Ⅰ、自由度的分配情况：本次设计的主要是人形机器人，并且运动实现的是上体的运动机器人的腿是固定的，动作要求是头部的转动，手臂的运动和腰部弯曲和转动，所以分配如下①颈部一个自由度用一个电机控制可实现头部的回转运动。为了加强娱乐效果我们用软弹簧连接机器人的头部和颈部电机轴。当颈部电机动作时由于振动而引起的机器人头部来回摆动,更增添了几分滑稽感。②肩部两个自由度由两个电机分别单独驱动,互不干扰能实现肩部的前后摆动和左右摆动。 ③腰部根据舞蹈动作需要配置一个自由度??电机驱动实现机器人上身的俯仰运动。 Ⅱ、各个运动部位的运动幅度： 运动部位 运动方式 运动范围（°） 头部 转动 -50°~50° 手臂 前后摆动 -90°~90° 左右摆动 0°~90° 腰部 弯曲 0°~90° 转动 -45°~45° 上面是机器人各部位运动的范围机器人的大体机械结构 2、关节的布置 由于本设计是采用舵机作为自由度的实现方式。而一个舵机只能实现一个自由度，因此对于多自由度的部位则需要多电机驱动。因尽量确定个电机的位置。 以下是各部位电机及零件的分配： 腰关节，腰部与臀部连接的地方，有两个自由度，一个分布在腰柱上，一个放在臀部上，用U型件连接。 肩关节，胸部与手臂连接处，与两个自由度，两个舵机一个安放在胸部，另一个则放在手臂上，用U型件连接。 颈部，只有一个自由度，舵机安放在胸部，与胸部连接是一个叉形结构。 3、人形机器人的尺寸 人形机器人的设计应该与人的外形相像，虽然不同肤色的人有不同的形体比例，个体之间的差异也是很大的，世界上不存在两个形体完全一样的人，人的大体尺寸都是按照统计规律来说明的。但是都是大同小异的，一般情况下是： 编号 人体尺寸 男（cm） 女（cm） 1 身长 169 158 2 肩峰至头顶 29.3 28.5 3 臂长 54.6 49.1 4 上身高度 60 59.1 5 腿长 80 65 依据上图所示我们此次机器人的大体尺寸按上图表示按2∶1设计。 ㈠通过示意计算现对静态情况计算手臂力矩： 假设机器人手臂质量是均匀分布的，则其质心在手臂的中间，由下图所示，机器人手臂左右摆动和前后摆动示意来看 ①对于前后的范围来看计算扭矩：L1=F1×Hcosθ/cosθ=F1×l= =FH =13×1=13kg.cm ②对于左右的范围来看计算扭矩：L2=F2×Hcosθ/cosθ=F1×l= =FH =7×1.05=7.35kg.cm ③头部舵机和弯腰舵机（由于弯腰机构部分有一个重力平衡摆，使得舵机所需力矩大大减小，平衡摆的质量与机器人上部的质量大致相等，故而只需要克服轴承的摩擦就可以了）两者的所需力矩较小，故而采用常用舵机就可以了。要保证机器人的运动稳定性，必须使外力产生的扭矩大于等于机器人自身的扭矩。所以选择舵机时就要考虑舵机的扭矩。 舞蹈机器人的运动学分析：如下图所示机器人的手臂对称情况，此外还可以让机器人的手臂按照相反的方向运动以这两种运动可构成复杂的运动轨迹，下面就验证其稳定性。 左右的情形： 极端情况下一只手臂水平放置而另一只竖直放置，不平衡程度最大，如下所示。设m1~m4到点A的距离为d1~d4，为了使机器人保持平衡，只需要是A点左边对A 点产生的转矩T1小于或者等于A 点右边对A 点产生的转矩T2。下面进行分析： T1=m1g×d1+m2g×d2； T2＝m3g×d3+m4g×d4+m5g×d5； 其中m1=2m， m2=M/5， m3=4M/5， m4=m5=2m， d1=1+1/3=4L/3， d2=L/3， d3=2L/3， d4=d5=L （m—舵机质量； M—运动控制卡质量； L—舵机长度）。代入以上数值可得： T1=2mg×4/3L+ 1/5 Mg×1/3 L= 8/3 mgL+ 1/15 MgL； T2= 4/3 Mg× 2/3 L+2mg×L×2=4mgL+ 8/15 MgL； 要达到平衡即T1T2，舞蹈机器人即可实现平稳运动。 ②前后的情形： 要使舞蹈机器人在这种状态下保持平衡， 只有前臂对a 点产生的转矩T1小于或者等于其余部分对a 点产生的转矩之和T2。设m1、m2到a 点的距离分别为d1d2， 则T1=m1g×d1，T2=m2g×d2， 其中m1=2m，m2=6m +M，d1 L，d2 L/5， 代入数值可得：T12mgL， T210mg× 1/5