CN105729489A - 一种扬琴演奏机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种扬琴演奏机器人，至少包括两条结构相同的直线导轨y左右对称地安装在直线导轨x上，两直线导轨y上均安装有步进电机y和滑块y，滑块y上固定有弹簧，弹簧上固定有支撑臂，敲击机构固定在支撑臂前端；两直线导轨y均与直线导轨x相互垂直构成两个十字滑台；两十字滑台实现了敲击机构在X、Y轴方向上的水平面运动；本发明还在基座中安装了弧形挡杆，设计了弧形挡杆上部的弧形杆具有与扬琴弧形琴面相同的弧线，弧形挡杆与弹簧配合，实现了敲击机构在Z轴方向上的运动，使敲击机构能在X轴、Y轴和Z轴方向上准确定位。本发明的机器人结构简单，安装调试简便，方便控制，制造成本低，同时演奏时运动稳定，噪音小，演奏质量好。

Description

一种扬琴演奏机器人
技术领域
本发明涉及一种扬琴演奏机器人，具体地说涉及一种扬琴演奏机器人的机械结构。
背景技术
目前，国内机器人发展十分迅速，鉴于机器人在国民经济中所发挥的重要作用，十三五规划已将机器人的发展提升到战略地位。音乐机器人是音乐与科学交叉领域的应用科学，在国内外已具有一定的影响力，尤其是近年来在欧美及日本等国家发展迅猛。音乐机器人属于表演类特种机器人，国外对音乐机器人的研究，以键盘乐器和弦乐器居多，还没有涉及对中国传统乐器—扬琴的自动演奏机器人的相关研究。扬琴作为中国传统乐器的重要组成部分，扬琴自动演奏机器人的研发对推广扬琴文化有重要的意义。而国内演奏机器人的开发还处于技术起步阶段，很多关键性的问题还得不到解决，目前已知的自动演奏机器人只有自贡市诚挚科技公司所设计的扬琴演奏机器人，其以机械臂带动气缸运动实现扬琴的演奏，存在演奏稳定性差、敲击位置准确度差、噪声大等缺点。因此有必要开发一种新的能稳定、精确地演奏，同时噪声小的扬琴演奏机器人，尤其是开发一种新的能模拟人手敲击的扬琴演奏机器人的机械结构。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，而提供一种扬琴演奏机器人，即一种可以结合扬琴艺术表演形式，模拟人手敲击，噪声小的，能自行稳定、精确地演奏的机器人。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种扬琴演奏机器人，至少包括直线导轨y、直线导轨x、弧形挡杆、基座、弹簧和支撑臂，其中有两条结构相同的直线导轨y左右对称地安装在直线导轨x上；
所述的两条直线导轨y一端均安装有步进电机y，每条直线导轨y上均设有配套的滑块y，每块滑块y上面通过螺栓固定有弹簧，每个弹簧上通过螺栓固定有支撑臂，支撑臂为一个具有弯折的长、短扁平杆结合的整体构件，支撑臂的短扁平杆端固定在弹簧上面，支撑臂的长扁平杆端上面通过螺栓固定有敲击机构；两条直线导轨y分别通过两对法兰固定在两块滑块x上面；两块滑块x左右对称地安装在同一直线导轨x上；
所述的滑块x与直线导轨x配套，直线导轨x一端安装有步进电机x，直线导轨x安装在基座上面；
两条直线导轨y安装后分别与直线导轨x相互垂直构成两个十字滑台；两个十字滑台用于为支撑臂实现在X、Y轴方向构成的水平面上的运动，即滑块y在步进电机y运转时沿着直线导轨y在Y轴方向运动，滑块x在步进电机x运转时沿着直线导轨x在X轴方向运动；
所述的弧形挡杆下部两端通过花键固定在基座中，弧形挡杆上部为弧形杆，弧形挡杆安装好后整体就固定不能活动了；弧形挡杆和弹簧二者配合用于实现支撑臂在Z轴即竖直方向上的运动；支撑臂通过弹簧的弹缩力紧密贴合在弧形杆上，使支撑臂的长扁平杆表面与弧形杆接触，当支撑臂随着十字滑台在X、Y轴方向运动时，支撑臂在弹簧的弹缩力作用下，长扁平杆端始终压在弧形杆的表面，并贴合在弧形杆上沿着弧形杆的弧形表面运动；
演奏时，当固定在支撑臂上面的敲击机构随支撑臂在十字滑台运动到达扬琴指定位置时，敲击机构对扬琴琴弦进行敲击，使扬琴发出声音。
所述的敲击机构安装在支撑臂前部，弧形挡杆安装在支撑臂的下方，对应安装的弹簧在工作时处于拉伸状态。
所述弧形挡杆上部的弧形杆具有与扬琴弧形琴面相同的弧线，支撑臂在弧形杆上滑动时，支撑臂的前端距离扬琴琴面的高度不变。
本发明的机器人设计了两个结构相同、但独立安装的敲击机构用于对扬琴的琴弦进行敲击；敲击机构通过支撑臂安装在直线导轨y的滑块y上，敲击机构的定位是利用两个相互垂直安装的直线导轨y与直线导轨x构成的十字滑台，由直线导轨x和配套的滑块x实现X轴方向的运动；直线导轨y和配套的滑台y实现Y轴方向的运动，从而实现了敲击机构在X轴、Y轴构成的水平面上的运动；但由于扬琴的琴面不是平面，是弧形面，十字滑台只能保证平面上的运动，不能直接用于前端敲击机构在琴面上的定位。因此本发明的机器人一是设计了弧形挡杆，二是在滑块y上采用了弹簧。设计的弧形挡杆的上部为弧形杆，且弧形杆的弧线与扬琴琴面的弧线一致，将弧形挡杆安装在基座上，安装后使整个弧形挡杆固定不能动，利用弹簧的伸缩性，配合与扬琴的琴面相同弧线的弧形杆，实现了敲击机构在Z轴方向上的运动，使本发明机器人的敲击机构能够实现在X轴、Y轴、Z轴方向上的任意运动，实现敲击机构在演奏时准确定位。
本发明的扬琴演奏机器人与现有的技术相比具有的优点是：
⑴、本发明机器人的运动基于直线导轨之间的配合，即本发明利用了技术很成熟的十字滑台机械结构作为机器人运动的主体结构，这一结构使本发明的机器人比使用机械臂带动气缸敲击的扬琴演奏机器人结构更加简单，制造成本更低。
⑵、本发明的机器人相比较于基于机械手敲击运动的扬琴机器人，安装调试简便，敲击机构运动更稳定，工作时噪音小，不会影响扬琴的演奏发声，同时十字滑台相较于多轴控制的机械手，控制更简单。
⑶、本发明的机器人利用十字滑台配合弹簧和弧形挡杆的设计，实现机器人的敲击机构在三维空间上的自由运动，能够让敲击机构在敲击琴弦的时候在扬琴的弧形琴面上的准确定位，并且使敲击机构敲击时与琴面距离保持一致，演奏质量好。
附图说明
图1为本发明的扬琴演奏机器人整体机械结构示意图。
上述图中：1—敲击机构；2—支撑臂；3—弹簧；4—滑块y；5—直线导轨y；6—法兰；7—滑块x；8—步进电机x；9—直线导轨x；10—弧形挡杆；11—基座；12—步进电机y；21—短扁平杆；22—长扁平杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的扬琴演奏机器人作进一步详细的描述，但本发明的实施不限于此。
实施例1：本发明提供一种扬琴演奏机器人，其机械结构如图1所示，至少包括直线导轨y5、直线导轨x9、弧形挡杆10、基座11、弹簧3和支撑臂2，其中有两条结构相同的直线导轨y左右对称地安装在直线导轨x上。
所述的两条直线导轨y5的一端均安装有步进电机y12，每条直线导轨y上均设有配套的滑块y4，每块滑块y上面通过螺栓固定有弹簧3，每个弹簧上通过螺栓固定有支撑臂2，支撑臂为一个具有弯折的长扁平杆22和短扁平杆21结合的整体构件，支撑臂的短扁平杆21端固定在弹簧3上面，支撑臂2的长扁平杆22端前部通过螺栓固定有敲击机构1；两条直线导轨y分别通过两对法兰6固定在两块滑块x7上面；两块滑块x左右对称地安装在同一直线导轨x9上。
所述的滑块x7是直线导轨x9的配套滑块，直线导轨x一端安装有步进电机x8，直线导轨x安装在基座11上面。
所述的弧形挡杆10的下部两端通过花键固定在基座11中，弧形挡杆安装之后整体就无法活动了；弧形挡杆安装后弧形挡杆上部的弧形杆位于支撑臂的下方，弹簧3处于拉伸状态，支撑臂2压在弧形杆上，即支撑臂2的长扁平杆22下表面与弧形杆的上表面接触，当支撑臂2随着滑块y4沿Y轴方向运动时，支撑臂在弹簧的弹力作用下，长扁平杆22会压在弧形杆上表面并沿着弧形杆的弧形运动。
本发明的扬琴演奏机器人工作过程如下：安装好的两条直线导轨y5分别与直线导轨x9相互垂直构成两个十字滑台；步进电机y12和步进电机x8开启，滑块y4在步进电机y运转时沿着直线导轨y5在Y轴方向运动，弹簧3处于拉伸状态，两支撑臂2和弹簧随着滑块y在直线导轨y上面沿着Y轴方向运动；滑块x7在运动时沿着直线导轨x9在X轴方向运动；支撑臂2在弹簧3的作用下紧密贴在弧形档杆10的弧形杆上表面，保证了敲击机构1在运动到扬琴琴面上不同的敲击点的时候，在竖直方向上的敲击力度稳定；当固定在支撑臂2上面的敲击机构1随支撑臂在十字滑台运动到达扬琴演奏的指定位置时，敲击机构1对扬琴琴弦进行敲击，使扬琴发出声音。
本发明利用了技术很成熟的十字滑台机械结构作为机器人运动的主体结构，使本机器人结构简单，安装调试简便，控制方便，制造成本低，同时演奏时运动稳定，噪音小，演奏质量好。

Claims (3)

1.一种扬琴演奏机器人，至少包括直线导轨y、直线导轨x、弧形挡杆、基座、弹簧和支撑臂，其中有两条结构相同的直线导轨y左右对称地安装在直线导轨x上；其特征在于：
所述的两条直线导轨y一端均安装有步进电机y，每条直线导轨y上均设有配套的滑块y，每块滑块y上面通过螺栓固定有弹簧，每个弹簧上通过螺栓固定有支撑臂，支撑臂为一个具有弯折的长、短扁平杆结合的整体构件，支撑臂的短扁平杆端固定在弹簧上面，支撑臂的长扁平杆端上面通过螺栓固定有敲击机构；两条直线导轨y分别通过两对法兰固定在两块滑块x上面；两块滑块x左右对称地安装在同一直线导轨x上；
所述的滑块x与直线导轨x配套，直线导轨x一端安装有步进电机x，直线导轨x安装在基座上面；
两条直线导轨y安装后分别与直线导轨x相互垂直构成两个十字滑台；两个十字滑台用于为支撑臂实现在X、Y轴方向构成的水平面上的运动，即滑块y在步进电机y运转时沿着直线导轨y在Y轴方向运动，滑块x在步进电机x运转时沿着直线导轨x在X轴方向运动；
所述的弧形挡杆下部两端通过花键固定在基座中，弧形挡杆上部为弧形杆，弧形挡杆安装好后整体就固定不能活动了；弧形挡杆和弹簧二者配合用于实现支撑臂在Z轴即竖直方向上的运动；支撑臂通过弹簧的弹缩力紧密贴合在弧形杆上，使支撑臂的长扁平杆表面与弧形杆接触，当支撑臂随着十字滑台在X、Y轴方向运动时，支撑臂在弹簧的弹缩力作用下，长扁平杆端始终压在弧形杆的表面，并贴合在弧形杆上沿着弧形杆的弧形表面运动；
演奏时，当固定在支撑臂上面的敲击机构随支撑臂在十字滑台运动到达扬琴指定位置时，敲击机构对扬琴琴弦进行敲击，使扬琴发出声音。
2.根据权利要求1所述的扬琴演奏机器人，其特征在于：所述的敲击机构安装在支撑臂前部，弧形挡杆安装在支撑臂的下方，对应安装的弹簧在工作时处于拉伸状态。
3.根据权利要求1所述的扬琴演奏机器人，其特征在于：所述弧形挡杆上部的弧形杆具有与扬琴弧形琴面相同的弧线，支撑臂在弧形杆上滑动时，支撑臂的前端距离扬琴琴面的高度不变。
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