ROBONOVA1型机器人的舞蹈设计.docx

ROBONOVA-I型机器人的舞蹈设计黄桂军, 荆金磊，刘琳，杨荣荣中国海洋大学 工程学院自动化及测控系，山东 266100中国海洋大学 艺术系，山东 266100摘 要： 为了在现有技术上完善和发展仿人机器人舞蹈设计，本文以ROBONOVA-I型机器人为控制平台，完整地介绍舞蹈设计的思路和主要思想，提出了音乐的作用及其重要性，以及对仿人机器人舞蹈的发展方向作出预测。遵照本文的舞蹈设计理念，我们设计了一套舞蹈并参加了比赛，凭此取得了第十三届全国机器人大赛的仿人机器人单人舞冠军。关键词：ROBONOVA-I型机器人 舞蹈设计 背景音乐 仿人机器人 机器人舞蹈 机器人稳定性中图法分类号:TP242文献标识码: AThe design of dance on ROBONOVA -I robot SONG Da-lei, HUANG Gui-jun, JING Jin-lei( Dept.of automation and control, College of Engineering ,Ocean University of China, Qingdao Shandong China, 266100,China)Abstract: In order to develop the design of dance on the existing technology, using ROBONOVA-I robot as control platform, we introduce the designing idea of dance completely. The importance and the role of music are stressed, and we make forecast for the development of robot dance. In accordance with the design concept in this article, we devised a dance and participated in the game, then this has made the 13th National robot contest for humanoid robots single Dance Champion. Key words:ROBONOVA-I robot；design of dance ; background music引言 随着机器人技术的发展，仿人机器人得到了越来越多的关注，仿人机器人舞蹈将听觉艺术与视觉艺术结合在一起，将趣味性与科技性融合在一起，具有很大的观赏性。哈尔滨工业大学的机器人群舞更是登上了龙年春晚的舞台，引起了全国人民对机器人的极大兴趣。国内有关于仿人机器人的论文确实不少，但大多是关注仿人机器人硬件方面的，为便于广大的机器人爱好者为仿人机器人设计舞蹈，本文较为系统地介绍了如何进行舞蹈设计。背景缺仿人舞蹈比赛提出设计要求1 机器人舞蹈设计思路一句话说明设计思路，再展开讲述舞蹈设计包括舞蹈的动作设计与音乐设计，说的更准确一点就是舞蹈艺术设计。舞蹈艺术的欣赏同时用到了视觉与听觉，音乐增加了舞蹈在情绪上的表现力，舞蹈则将音乐具体阐释出来。 郑八一，浅析舞蹈艺术创作中的音舞关系M，山东，山东省青年管理班干部学院学报，2003，9，（5）：105107与普通的舞蹈艺术不同，机器人展现的舞蹈艺术更偏向于舞蹈，因为仿人机器人的看点在于它可以做出各种各样的动作。在仿人机器人的舞蹈艺术中，舞蹈是通过机器人的活动表现出来的，这可以体现仿人机器人的灵活性、科技性与趣味性。舞蹈与音乐是不能分割的，即便是机器人舞蹈，如果没有音乐，其观赏性会大大降低，失去了音乐，也就失去了灵魂。1.1 基于音乐的舞蹈设计基于音乐的舞蹈设计就是先给定音乐，根据音乐的旋律、节奏设计机器人的动作。龙年春晚上机器人总动员的舞蹈动作就是根据勃拉姆斯钢琴曲设计的。这种基于音乐的舞蹈设计相对较难，因为音乐的主要内容就是表达感情 王次昭，音乐美学M ，北京 高等教育出版社,1994，。这种设计方法首先要做的是分析音乐，认真地去感知并且理解音乐所要表达的感情，搞清楚音乐的旋律、节奏，理清音乐的构架与段落。分析音乐对于舞蹈设计是很重要的，因为当使用成品乐曲来编舞时，对于音乐的理解深度在很大程度上决定了这支舞蹈的好坏。理解了音乐之后开始编舞，通过控制伺服电机的速度来控制节奏，通过增加或缩短延时（DELAY）来匹配音乐的旋律。在音乐急促的地方提高速度，在舒缓的地方放慢速度，可以同时调整速度与延时做到与音乐的节拍相符。基于音乐的舞蹈设计一个很大的难点就是，我们感知理解音乐的同时也在用自己的身体动作去尝试着表达这种情感。但是由于ROBONOVA-I型机器人自由度的限制，有很多动作是机器人无法做出来的，这就有可能造成一些微妙舒缓的情感无法准确地表达出来，也要求编导在设计舞蹈的时候一定要考虑到仿人机器人的局限性。在感知音乐的时候不妨将自己当成一个机器人，给自己指定与机器人相应的16个自由度，然后去模仿动作，表达情感。再者，ROBONOVA-I型机器人身形较小，一些幅度小的动作既没有美感，又无法表达出情感，在观众看来是没有意义的，所以有的时候就要把动作适度夸大的表现出来。1.2基于动作的舞蹈及音乐设计本文所说的基于动作的舞蹈设计就是根据舞蹈的内容与构架先对舞蹈动作进行编排，然后从成品音乐中剪辑片断组合成完整的背景音乐。这种方法并不是一成不变的，在实际设计中可以时而让音乐配合舞蹈，时而令舞蹈配合音乐，动作与音乐的设计同时进行。这种舞蹈设计方法是最常用的，由于其设计便捷、且容易出彩而受到多数人的青睐。1.2.1舞蹈的设计仿人机器人舞蹈要表现出动作的华丽与优美，动作是第一位的。在编舞之初要做的工作就是设计动作，一系列的动作称为动作单元，有了动作单元才能编排出优美的舞蹈。通过查看大量的视频资料，观看仿人机器人舞蹈和真人舞蹈，产生灵感，想出一些舞蹈动作，并且思考是否可以应用到机器人上。以去年获得冠军的单人舞为例，在设计之初，我们首先想到的动作是太极拳，然后把太极拳分解动作，每一步都得适合机器人去执行。机器人表现出的太极拳只是形似，而能让观众看出这是太极拳并且具有一定的美感就算达到了效果。我们曾设计过太空舞步，用去了一天的时间以失败告终，由此发现，有些动作是不适合ROBONOVA-I型机器人的。另外，它山之石，可以攻玉，看到其他人设计的机器人舞蹈比较好，当然可以借鉴过来，相互学习可以共同提高。动作单元可以单独做出来，由于设计动作比较难，所以在设计之初就要想好它的用途，避免浪费时间与精力。有了足够的动作单元之后就可以编舞了，用一条主线将这些动作串连起来，形成一个整体，在动作单元的连接处还要设计一些时间较短的动作，使整支舞蹈看起来没有空隙。1.2.2音乐的设计音乐的剪辑要跟动作单元的设计相互配合，每一个动作单元都有其相应的音乐，如何让音乐的鼓点与机器人动作得到完美贴合是关键。解决办法有二，一是保持音乐时间不动，改变机器人的速度，这就考验编程者的技术，可以通过在合适的地方加延迟（DELAY）来实现；二是保持机器人动作时间不变，改变音乐播放时间。通过调整整块或部分音乐的播放速度来实现。当然两种方法不是绝对的，大多数时候是两种方法配合使用以期达到最好效果。背景音乐要有一定的层次，对于音乐层次问题，有的时候需要背景音乐做主体，则背景音乐的音量比其他附加音乐要高，尽量不要把几种音乐同音量的粘合在一起，这样会显得没有层次并且给人一种嘈杂，不分主次的感觉。本文认为在一些快速动作或者节奏感较强的动作时背景音乐要弱出，突出鼓点，在制作时尽量先将鼓点与动作贴合好，再将鼓点音乐粘合到主体音乐上。2 机器人舞蹈设计的主要内容机器人的舞蹈设计主要包括三部分：背景音乐、动作的稳定性与高难度动作。这三部分是一个优秀舞蹈艺术品所不可或缺的，而舞蹈动作的创新能使作品不落窠臼，也是仿人舞蹈发展的必要环节。2.1背景音乐 舞蹈是一门综合的艺术，从来就不是独立的，必须要有音乐的配合。 周 黎，浅析舞蹈剧目中音与舞的结合J ，河北 ，大舞台，2011， 评判一个舞蹈作品好坏，音乐也占据着重要的地位。为了制作出高水准的作品，音乐制作有以下几点要求：（1）这支音乐是连续的，完整的，可以作为单独的作品来欣赏，这是基本要求。音乐在剪辑合成过程中难免会产生前后不协调，连接有空隙或是连接重合等问题，这就要求制作者在选材上一定要慎重，尽量避免那种前后不搭调的情况。（2）音乐与舞蹈相互协调，节拍一致。这是能把音乐与舞蹈结合起来的关键。尤其是当选择节奏感比较强的音乐题材时，更要注意音乐与舞蹈的节拍是否一致，也就是通常所说的舞蹈动作能不能踏在鼓点上。（3）相邻的动作单元可能是不同风格的舞蹈，其音乐也是不同的，若将不同风格的音乐直接连接在一起难免会造成不和谐，这时候需要发挥设计者的想象力，可以通过添加一些过渡音乐使几段舞蹈完美的贴合在一切。2.2动作的稳定性无论是哪一种类的动作，关键的一点是要做到每个动作都要稳定，不能出现晃动的情况。同样是侧翻的动作，翻滚、落地时是否出现晃动决定了这个动作的好坏。动作的稳定性由多方面因素决定着，如舵机的角度与速度、重心的移动与重心的落点等，这都需要在设计过程中反复调试，有时12个度数差别就可能会导致动作出现晃动。动作与动作之间有要适当的停顿，在一个动作做完之后才能开始下一个动作，这样能提高稳定性。在机器人做一些基本的动作时很容易做到稳定，但当机器人模仿人的一些动作时就会出现晃动。这是因为人身体有成千上万的肌肉与相当发达的神经系统可以随时调整控制，而机器人在做动作时是按顺序读取预先设计好的动作程序,而这些动作程序是每个舵机转动的数据 徐谋锋,黄雪梅.舞蹈机器人动作编程研究J 山东，山东理工大学学报 ，2010，24，（4）：7780。它不会随时调整，这就要求我们设计每一个动作时，都要把这个动作分解成适当的几部分。比如我们让机器人单腿站立的时候，就必须把机器人的重心完全移到承重腿的中心上来。右图为单腿站立。2.3高难度动作在人类的很多比赛中都会有高难度动作，比如高低杠、花样滑冰、自由操等。同样，在机器人舞蹈中也有高难度动作，它是指那些能充分展示出机器人平衡性的动作。平衡问题是机器人编程遇到最普遍也是最难解决的问题，因此也是评判一支舞蹈是否有难度的一项标准。在仿人机器人舞蹈比赛中，是否有高难度动作、高难度动作是否有创意、美感等，是裁判打分的一项重要评判依据。高难度动作是机器人舞蹈最出彩的地方，它最直接的展示程序设计者的能力和技术。如何设计高难度动作呢？一方面我们可以减少机器人与地的接触面积，比如单腿站立，并在此基础上加上其它部位的动作；另一方面，提高动作的速度，比如快速翻滚。两者结全更能体现出机器人的平衡性，譬如单腿站立并且双臂高速振动。总之就是要增大动作的难度系数。 右图为本实验所作高难度动作。2.4创新动作任何事物的发展都离不开创新，仿人机器人舞蹈也是如此。无论是参加比赛还是查找一些视频资料，总不难发现有同一个学校的舞蹈中总会重复性地出现一种动作，造成这种重复性的很重要的一个原因就是准备不充足，把原来的动作单元再拷过来使用。本文不反对这样的做法，因为这的确减小了设计一支舞蹈的难度，缩短了设计时间。但是在仿人机器人舞蹈中，创新动作的出现能让人眼前一亮，给人带来视觉冲击。在目前还是面向动作的机器人舞蹈比赛中，一支有竞争力的舞蹈必须得有自己创新的动作。创新动作不同于高难度动作，它的难度系数可以不高，它注重动作是否新颖，有没有自己的特色。下图为本实验所作创新动作。3 机器人舞蹈发展趋势预测让机器人跳舞真是一个很美妙的想法，舞蹈包括了前后左右的移动、翻滚、四肢的动作等，能集中地