2016年机器人虚拟仿真大赛学生作品展示 皮影影院 皮影影院—说明文档.docxVIP

第二届“汇博杯”全国高职院校工业 机器人虚拟仿真大赛 说明书 创意名称：皮影影院 学校名称：广东松山职业技术学院 设计者：何乐 吴建晖 指导老师：魏志丽 皮影影院说明书 设计者：何乐，吴建晖 指导教师：魏志丽 （广东松山职业技术学院机械工程系，韶关，512126） 创意的内容简介 运用ABB“YuMi”双臂机器人，通过在ABB“YuMi”机器人双臂上安装的皮影操作杆，再通过对机器人程序内容的改变，实现对皮影的操作，完成规范的皮影系列动作，再利用IRB1200光影机器人的投影效果，呈现皮影人在屏幕上的动态运动；本次设计效果是以一场《鹬蚌相争，渔翁得利》的寓言故事皮影戏来呈现，通过一系列夸张而幽默的协调动作，塑造出一个个生动形象的人物特征，再现中华民族璀璨的传统文化艺术，新技术与传统文化的融合，创造出更具有中华民俗文化，传统精神的民间艺术作品，这是一种创新，更是一种对传统文化的传承和发扬。 创意的背景 皮影戏，是我国民间戏曲艺术形式之一，属于我国的非物质文化遗产，传承中华悠久的文化艺术，孕育着中华民族精神，具有很高的欣赏价值和艺术价值。 但是，皮影戏的现状却不容乐观：当年的制作和表演艺人如今都已年逾百岁，从事皮影工作的人员越来越少；精湛的皮影戏要求操作人员要有熟练娴熟的技巧，准确生动的表现出影人不同的情感、动作特征，是具有相当大的难度的；为了制作精美的皮影，传统皮影的制作需要多个环节，制作过程复杂，繁琐，成品的保存也会随着时间，地质温度的变化造成皮影的变形；皮影戏的剧情设计复杂多变，制作完整的戏剧需要花费大量的时间，随着越来越多娱乐形式的出现，要求皮影戏的故事情景多样化和创新化，传统的皮影放置在幕后，忽略了皮影的投影效果，仅仅在二维平面化运动，投射效果单一。为了传承我国优秀的传统文化艺术，我们团队提出机器人皮影动画影院。2.设计方案 本项目通过改变机器人程序内容，借助YuMi工业机器人双手对皮影操作杆的控制，实现对皮影的操纵，完成规范的皮影系列动作构成一场剧情，整个运动控制实现完全自动化，利用YuMi双臂机器人准确保证皮影人物的位置，每台机器人之间相互关联，使得剧情显得夸张而又真实。 舞台设计 项目里面完整的勾画了一场精彩的《鹬蚌相争，渔翁得利》的剧情故事，舞台由三台YuMi双臂机器人，一台IRB1200，共四台机器人构成，外围布景包括剧院外表、小溪、树木等，内部布景包括剧院屏幕、布景幕布、渔翁、河蚌、鹬鸟、太阳、木船、土地、海草、灯光等模型组成，机器人外围安装了保护支架，除了保护观众人身安全外，还用来摆放剧情模型，使得机器人能够方便而又快速的吸取道具。三台机器人前端，有一块布景幕布，用于机器人把模型放置于幕布上，进行模型的移动和灯光投影。 图1-1舞台外部设计 图1-2 舞台内部设计 机械皮影 我们设计的皮影材料，并不是传统的兽皮或纸板制成的皮影人，而是通过C51单片机作为中央处理器控制集成的塑料材质皮影人，利用现代化动画技术Photoshop与3DMAX等三维制图及建模软件设计一套具有动物人物关节结构特征的动画物体模型。单片机与电机相结合的方式，通过调整电机的转速，实现模型面部表情，人物弯腰抬头，对话等感情动画特征。其中，设计的工业机器人与单片机的信号相关联的形式，通过机器人输出信号，来实现皮影模型的腾跳，翻滚，移动等运动特征 图2 机械皮影模型 YuMi动画运动控制 一场皮影戏里面，三台YuMi机器人分配好各自的工作任务，包括：渔翁控制机器人，鹬鸟控制机器人，布景控制机器人。在机器人的手臂上安装操作棒，操作棒末端可产生电磁力效应，皮影模型本身也是具有磁力的，机器人靠近时，输出电力信号，即可吸取模型，复位型号，释放模型。三台机器人之间通过I/O信号，协调机器人控制皮影模型动作出场的顺序，通过时间信号，把握皮影人的动作时间，剧情的发展 图3双臂机器人联调控制 光影机器人投影成像 在舞台中央位置一台安装有聚光灯的IRB1200机器人，根据的剧情动画的发展，1200机器人配合YuMi机器人的运动轨迹，来改变自身的运动姿态，因为1200自身结构的身长，可多角度，可自由变换长短距离的聚光，聚光位置的不同，光源大小发生变化的同时，皮影模型呈现出移动，旋转飘浮的姿态，成像的画面会显得更加自然逼真 图4 光影机器人投影成像 3.效益、创新点 （1）项目里我们运用了ABB公司在2015年研发的YuMi双臂协作机器人，外观方面：拥有人体尺寸和类人肢体动作的“完美身材”，让观众在欣赏时感到安全而又舒适。性能方面：机身轻巧，能够轻松移动，适合各种舞台，并且它能够引导式编程，精度可以达到0.02mm，在之后复杂的皮影剧情，通过这个功能的运用，大大的减少了时间 （2）单片机与电机构成的机械皮影，在电脑的辅助设计下，能够大大缩减时间，各骨骼关节在电