本发明涉及智能机器人玩具领域，特别是涉及一种机器人舞蹈动作设计方法以及可以与音乐搭配，做出动作及节奏体验的一种机器人。
背景技术
儿童能通过节奏的体验去感受音乐活动中的情绪表现，因此音乐教育是儿童特别是幼儿教育中不可或缺的一环，节奏是音乐的灵魂，节奏感的培养更是儿童音乐教育的重要组成部分；同时这也是促进幼儿心身全面发展和潜能发展的重要有效途径，所以对于节奏感的培养至关重要。
随着科技的进步，智能机器人走进广大普通家庭，很多家长选择带音乐的儿童智能机器人，用于对儿童进行音乐教育，但是对于传统可进行儿歌播放，但不具备机械运动关节的儿童智能机器人类产品，由于机器人的动作与音乐节奏的配合一直存在不协调的问题，导致对于儿童的视觉与听觉的理解以及节奏的感知会产生一定的错误引导。
技术实现要素：
针对上述背景技术指出的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种机器人舞曲动作设计方法以及一种机器人，通过控制软件的设计，将音乐与机器人运动的动作完美的统一起来。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机器人舞曲动作设计方法，通过划分播放音乐的小节的长度、幅度、速度，与机器人动作库内的动作进行相对应的匹配，做到整齐划一的节奏展现；
所述机器人动作库包含停止、前进、后退、左右旋转、左右转弯平面动作，所述平面动作的运动、速度与播放音乐的小节的长度、小节的幅度、小节的速度相匹配；
所述播放音乐的小节根据播放音乐的音频振幅幅度变化的大小进行差值计算，通过计算差值变化的范围可以以时间为单位将整段音频划分处理成若干小节；
所述小节的长度以时间为单位将整段音频进行划分；
所述小节的速度为在小节中某一频谱振幅持续的时间长度；
所述小节的幅度为小节中某一频谱振幅；
所述音频的频率为22050hz，单声道音频；
所述音频划分处理步骤为：
步骤一、输入音乐信号，对其进行预处理，若采样频率不等于预设频率，则对其进行重新采样，将信号变为频率为22050hz的单声道频率，并进行归一化处理；
步骤二、对音乐信号进行时域分析，确定起始节拍点；
步骤三、对音乐信号进行频域分析，通过端点检测函数输出端点强度曲线，利用端点强度曲线和信号的延迟特性，提取bpm特征值；
步骤四、根据音乐速度与节拍的联系，基于最大最小距离法对峰值进行聚类，计算节拍序列；
步骤五、输出带有节拍序列的音乐信号；
步骤六、每段节拍序列占用的时间即是机器人每段运动切换的时间。
一种机器人，包括：分别与中央处理设备连接的高频ic卡、nfc通讯设备、电机驱动设备、存储设备、音频播放设备、外部音频解析设备，所述中央处理设备包含与中央处理芯片连接的电机驱动芯片、音频解析芯片、功放芯片、nfc驱动芯片、电源控制芯片，所述电机驱动芯片连接电机驱动设备，电机驱动设备与设置在底盘上的减速电机连接，底盘设置脚轮，nfc驱动芯片连接nfc通讯设备，音频解析芯片连接外部音频解析设备、功放芯片连接音频播放设备，电源控制芯片连接电源开关。
用户通过高频ic卡的刷卡操作对机器人下达指令，指令通过nfc通讯设备发送至中央处理设备。中央处理设备接到指令后从存储设备调用音频文件，并发送至音频播放设备：音频播放控制器，解码存储设备中的音频并播放。同时将指令发送至外部音频解析设备：对存储设备中的音频进行解析，外部音频解析设备将解析得到的文件返回至中央处理设备；中央处理设备得到音频解析文件后进行编码，发送至电机驱动设备；电机驱动设备根据解析文件从存储的动作库中调用相应的动作组合成舞蹈动作。
本发明在播放音乐的同时，通过精准解析音频文件各项参数，调用相应的动作库与之匹配达到音乐节奏感的最佳体验,机器人的动作会与音频的长度、幅度保持高度同一，将音乐的旋律通过直观的视觉体验展现出来。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例运行结构示意图。
图2是本发明实施例的动作库方式与类别的建立流程示意图；
图3是本发明实施例的机器人音频解析方法示意图；
图4是本发明实施例的机器人动作与音频分析与调用示意图；
图5是实施例结构示意图。
图6为音频解析实施例音频图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图5所示，本发明公开了一个实施例，智能机器人，包括：分别与中央处理设备连接的高频ic卡、nfc通讯设备、电机驱动设备、存储设备、音频播放设备、外部音频解析设备，所述中央处理设备包含与中央处理芯片连接的电机驱动芯片、音频解析芯片、功放芯片、nfc驱动芯片、电源控制芯片，所述电机驱动芯片连接电机驱动设备，电机驱动设备与设置在底盘上的减速电机连接，底盘设置脚轮，nfc驱动芯片连接nfc通讯设备，音频解析芯片连接外部音频解析设备、功放芯片连接音频播放设备，电源控制芯片连接电源开关。
所述机器人外形仿人体头部加躯体部分，nfc通讯设备位于机器人的头顶部，机器人头部两侧拥有2颗rgb彩色展示灯光，前壳拥有两组白色led灯珠，每组8颗，用来展示机器人表情。机器人背壳为音频播放设备的喇叭并通过设计音腔用以固定和增强音频效果。机器人体内中部放置主板以及在外部设置用以控制开关、调整音量大小的按键控制设备，机器人躯体底盘设置一对n20减速电机搭配塑胶轮胎进行运动；底盘前端安装脚轮起到平衡作用。
根据图1所示，用户通过高频ic卡的刷卡操作对机器人下达指令，指令通过nfc通讯设备发送至中央处理设备。中央处理设备接到指令后从存储设备调用音频文件，并发送至音频播放设备，同时将指令发送至外部音频解析设备。外部音频解析设备将解析得到的文件返回至中央处理设备。中央处理设备得到音频解析文件后进行编码，发送至电机驱动设备，电机驱动设备根据解析文件从存储的动作库中调用相应的动作组合成舞蹈动作。
中央处理设备stm32f103c8t6单片机，用于发送控制命令到电机驱动设备；将红外传感器校验的相关数据保存于存储设备；接收各组成设备的命令和请求。
根据图2所示，本发明一个实施例的智能机器人动作库方式与类别的建立。
机器人动作库包含机器人运动的所有种类，分为：直线运动、原地运动、带转弯半径的运动以及速度。直线运动中包含前进与后退，即控制两轮的电机转速与方向一致；原地运动包含左旋转与右旋转，即利用两轮的电机停开进行控制，左电机或者右电机有一只停止，另一只运动；带转弯半径的运动包含左转弯与右转弯，即控制左、右电机转速不一致，一快一慢，通过速度调节机器人运动的转弯半径。
机器人动作库包含机器人运动的所有速度，速度包含匀速、加速与减速，其中，匀速包括4等级的速度，加速为从低等级到高等级的加速运动，减速为从高等级到低等级的减速运动。
播放音乐的小节根据播放音乐的音频振幅幅度变化的大小进行差值计算，通过计算差值变化的范围可以以时间为单位将整段音频划分处理成若干小节。
根据图4所示，每个小节和机器人的平面动作的运动、速度与播放音乐的小节的长度、小节的幅度、小节的速度相匹配。匹配时，音频文件被调用至外部音频解析设备并对所播放音频的总体时间与小节时间进行分析后，将信息传输至中央处理设备，中央处理设备将所得到的时间信息传输至电机驱动设备，控制电机运动时长，以及对动作的调用进行分析；当所得时间为有音量/振幅变化的小节运动时长，则从运动库中进行调用，调用的内容包含两部分：动作与速度；当遇到无音量/振幅小节的运动时长时，则代表静止，电机停止运动。将所有小节时长的动作进行组合后得到最终配合音乐运动的动作。
根据图3所示，本发明一个实施例的智能机器人音频解析方法其中包含：中央处理设备从存储设备调用播放所需的音频文件。外部音频解析设备对音频进行解析，主要对于音频频谱的解析，解析包括：对频谱的监测，监测最大/最小音量，同时根据音频信息进行时间计算。采样时，若采样频率不等于预设频率，则对其进行重新采样，将信号变为频率为22050hz的单声道频率，并进行归一化处理；
根据频谱的音量/振幅将音频文件的总时长划分成若干小节，即：对音乐信号进行时域分析，确定起始节拍点；对音乐信号进行频域分析，通过端点检测函数输出端点强度曲线，利用端点强度曲线和信号的延迟特性，提取bpm特征值，基于最大最小距离法对峰值进行聚类，计算节拍序列；输出带有节拍序列的音乐信号；每段节拍序列占用的时间即是机器人每段运动切换的时间。在音频开始后开始统计当前小节时长，当音量变化小于3db时，判定为同一小节。当前后音量变化大于3db时，判定为不同小节，则系统对之前小节时间进行统计并开始下一小节的时间计算。当音频的某段时间无音量/振幅波形时，则判定为无声音，同样作为一小节。
根据图6所示，实施例为音乐“拍拍手”中的一段音频。中央处理器将存储器中的音乐统一转换为120bpm的音频文件，外部音频处理设备自动解析并根据变量设定阈值进行音频的节拍分割。变量为上升时间(db)和持续上升时间(ms)。假设设定节拍点的标准阈值为上升12db，持续上升10ms。当单位时间内(1s)节拍点数量小于等于2时进行划分记录，当单位时间内节拍点数量大于2时则增加调整阈值，直到单位时间内节拍点小于等于2时进行划分记录。如图两个节拍点之间的时间为音频划分时间同时可根据划分时间进行动作分配。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。