CN106903704A - 一种新型钢琴演奏机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型钢琴演奏机器人系统，它涉及机器人以及教育或演示用具技术领域。它包括底部带踏板的钢琴、左侧机器人、右侧机器人和控制系统，所述左侧机器人和右侧机器人均为类人形机器人，两侧机器人的手指均放置在靠近钢琴的琴键上方且所有手指均可以相互独立的按下或松开琴键；其中一侧机器人的脚部放置在靠近钢琴的踏板上方且左右脚部均可以踩下或者松开踏板；所述控制系统与两侧机器人电气连接，控制系统用来控制机器人的手指和脚部运动。本发明设置的两侧类人形机器人使用覆盖琴键范围更广，能够完美的演奏出复杂的钢琴曲，演奏过程不会有长时间的停顿，同时又能展示出机器人协作的特点，另外，机器人的脚部可以进行踏板控制。
Description
技术领域
本发明涉及机器人以及教育或演示用具技术领域，具体涉及一种新型钢琴演奏机器人系统。
背景技术
随着科技的发展，机器人技术已经在工业和生活中发挥着越来越重要的作用。当前的机器人多用在工业生产中，用来替代人来实现固定的程序化的动作。钢琴被誉为“乐器之王”，其对音乐的表现力独一无二，而要具有出色的演奏能力则通常需要刻苦练习若干年。如何开发出一种可以用来进行高难度钢琴演奏的机器人，使得它不仅可以模拟人的各种动作，真实敲击钢琴琴键，完成一首首完美的钢琴曲，而且还可以应用于教学机构、科技科普场馆、娱乐场所、高档商场等多种场合，展示高科技技术的同时也能陶冶公众的情操，营造艺术的氛围，这就成为业内研究的热点方向。
现有技术中，申请公布号为CN105664496A的发明专利申请公开了一种弹琴智能玩具机器人，但是，这种机器人是一种玩具型机器人，不具有和人类完全相同的四肢功能，也仅仅能按下特定的弧形的琴键，不能演奏真正的钢琴。
授权公告号为CN204505268U的实用新型专利公开了一种用于弹琴表演的机器人，虽然该专利设计了一种类人形的机器人，且能进行钢琴演奏，但是该机器人的结构十分复杂，且控制系统十分繁琐，最关键的是该机器人的钢琴演奏效果很差，因为：一，机器人每个手臂所能覆盖的琴键有限(仅5个)，且每个手臂分别负责演奏主旋律和和弦，一只手的表现力很差，演奏的曲目效果较为单调。二，机器人的每个手臂需要运动从而去覆盖更多的琴键范围，但是运动过程中需要较多时间，使得演奏过程中出现长时间的停顿，从而形成错误的旋律。三，众所周知钢琴演奏过程为手脚协调的动作，需要演奏者的脚不停的操作钢琴踏板，而该发明的机器人不具有脚踩踏板的功能，每一个钢琴的音不能实现延长、截止等效果，演奏效果差。
发明内容
本发明的目的是提供一种可解决上述问题的新型钢琴演奏机器人系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种新型钢琴演奏机器人系统，包括底部带踏板的钢琴、左侧机器人、右侧机器人和控制系统，所述左侧机器人和右侧机器人均为类人形机器人，两侧机器人的手指均放置在靠近钢琴的琴键上方且所有手指均可以相互独立的按下或松开琴键；其中一侧机器人的脚部放置在靠近钢琴的踏板上方且左右脚部均可以踩下或者松开踏板；所述控制系统与两侧机器人电气连接，控制系统用来控制机器人的手指和脚部运动。
进一步地，所述机器人的脚部通过扭簧转轴与其腿部活动连接，机器人的腿部与安装在地面上的电机固定架连接，电机固定架上安装有脚部电机，脚部电机的动力输出轴上固定连接摆杆，脚部电机带动摆杆按压机器人的脚部，脚部联动向下按压踏板，待摆杆复位后，脚部也通过扭簧转轴复位。
进一步地，所述琴键以其中部的中央C键为界，分为左半部分和右半部分，琴键的左半部分为左侧机器人的手指活动区域，琴键的右半部分为右侧机器人的手指活动区域。
进一步地，所述控制系统包括计算机、伺服电机控制器和气动执行元件，伺服电机控制器通过总线与计算机连接，并在计算机的命令下控制相对应机器人的肩部结构转动，肩部结构随之带动机器人的手臂转动；气动执行元件通过总线和数字式输出控制卡与计算机连接，并在计算机的命令下控制相对应的手指按下或者松开琴键；所述计算机也通过发布指令控制脚部电机的运转。
进一步地，所述肩部结构包括伺服电机、减速器和联动板，所述计算机控制伺服电机的转动，伺服电机的动力输出端安装有减速器，减速器的动力输出端安装有联动板，联动板的自由端与机器人的手臂相连接。
进一步地，所述气动执行元件包括电磁阀和手指气缸，手指气缸安装在手指气缸座上，手指气缸座与手臂固定连接，每一个手指气缸均对应着一个电磁阀，计算机通过数字式输出控制卡控制每一个电磁阀的开关从而驱动每一个手指气缸，手指气缸带动对应的手指按下或者松开琴键。
进一步地，所述手指气缸为针型气缸。
进一步地，所述控制系统还包括人机界面触摸屏，用户可以通过触摸屏选择相应的钢琴曲让机器人演奏。
进一步地，所述钢琴通过连轴与踏板连接，踏板通过转轴安装在与钢琴相连的踏板固定架上。
进一步地，所述钢琴为立式或者三角钢琴。
本发明的有益效果在于：
本发明设置的两侧类人形机器人使用覆盖琴键范围更广，表现力更丰富，能够完美的演奏出复杂的钢琴曲，演奏过程不会有长时间的停顿，同时又能展示出机器人协作的特点，另外，机器人的脚部可以进行踏板控制，具有更好的娱乐性和互动性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的结构俯视图；
图3是本发明中机器人手臂运动组件的结构示意图；
图4是本发明的中机器人手部运动组件结构示意图；
图5是本发明中钢琴踏板控制组件结构示意图；
图6是本发明中控制系统的连接关系框图；
图7是本发明中左右两侧机器人手臂完全并拢状态图；
图8是本发明中左右两侧机器人手臂完全张开状态图。
图中编号说明：
1-钢琴；101-琴键；102-中央C键；103-踏板；104-连轴；105-踏板固定架；106-转轴；2-控制柜；3-左侧机器人；301-左侧机器人右手；302-左侧机器人左手；4-右侧机器人；401-右侧机器人右手；402-右侧机器人左手；5-肩部结构；501-伺服电机；502-减速器；503-联动板；6-手臂；7-手指气缸座；701-手指气缸；702-手指；8-腿部；9-脚部；901-扭簧转轴；902-脚部电机；903-摆杆；904-电机固定架。
具体实施方式
本发明具体实施方式采用以下技术方案：
参看附图1、附图2、附图7和附图8：
一种新型钢琴演奏机器人系统，包括底部带踏板103的钢琴1、左侧机器人3、右侧机器人4和控制系统，钢琴1为立式或者三角钢琴，钢琴1通过连轴104与踏板103连接，踏板103通过转轴106安装在与钢琴1相连的踏板固定架105上；左侧机器人3和右侧机器人4均为类人形机器人，两侧机器人的手指702均放置在靠近钢琴1的琴键101上方且所有手指702均可以相互独立的按下或松开琴键101；琴键101以其中部的中央C键102为界，分为左半部分和右半部分，琴键1的左半部分为左侧机器人3的手指活动区域，琴键1的右半部分为右侧机器人4的手指活动区域；在两侧机器人的手臂6完全张开状态下，左侧机器人右手301的小拇指可以与右侧机器人左手402的小拇指相邻。其中一侧机器人的脚部9放置在靠近钢琴1的踏板103上方且左右脚部9均可以踩下或者松开踏板103；控制系统与两侧机器人电气连接，控制系统用来控制机器人的手指702和脚部9运动；控制系统可安装在控制柜2内，控制柜2同时也可用来充当两侧机器人的底座。
参看附图5：
其中一侧机器人的脚部9通过扭簧转轴901与其腿部8活动连接，机器人的腿部8与安装在地面上的电机固定架904连接，电机固定架904上安装有脚部电机902，脚部电机902的动力输出轴上固定连接摆杆903，脚部电机902带动摆杆903按压机器人的脚部9，脚部9联动向下按压踏板103，待摆杆903复位后，脚部9也通过扭簧转轴901复位。
参看附图3、附图4和附图6：
控制系统包括计算机、伺服电机控制器和气动执行元件，伺服电机控制器通过总线与计算机连接，并在计算机的命令下控制相对应机器人的肩部结构5转动，肩部结构5随之带动机器人的手臂6转动；气动执行元件通过总线和数字式输出控制卡与计算机连接，并在计算机的命令下控制相对应的手指按下或者松开琴键101；计算机也通过发布指令控制脚部电机902的运转；肩部结构5包括伺服电机501、减速器502和联动板503，计算机控制伺服电机501的转动，伺服电机501的动力输出端安装有减速器502，减速器502的动力输出端安装有联动板503，联动板503的自由端与机器人的手臂6相连接；气动执行元件包括电磁阀和手指气缸701，手指气缸701为针型气缸，手指气缸701安装在手指气缸座7上，手指气缸座7与手臂6固定连接，每一个手指气缸701均对应着一个电磁阀，计算机通过数字式输出控制卡控制每一个电磁阀的开关从而驱动每一个手指气缸701，手指气缸701带动对应的手指702按下或者松开琴键101；控制系统还包括人机界面触摸屏，用户可以通过触摸屏选择相应的钢琴曲让机器人演奏。
根据上述构造，使用时，当需要进行手臂6运动时，计算机发出指令控制伺服电机501运转，经过减速器502的减速后带动联动板503转动，联动板503则带动手臂6在预设范围内运动；当需要进行手指702弹奏时，计算机发出指令控制每一个电磁阀的开关从而驱动每一个手指气缸701，手指气缸701带动对应的手指702按下或者松开琴键101；当需要进行脚踩踏板动作时，计算机发出指令控制相应的脚部电机902运转，脚部电机902带动摆杆903按压机器人的脚部9，脚部9联动向下按压踏板103，待摆杆903复位后，脚部9也通过扭簧转轴901复位，等待下一个脚踏指令。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型钢琴演奏机器人系统，包括底部带踏板的钢琴，其特征在于，还包括左侧机器人、右侧机器人和控制系统，所述左侧机器人和右侧机器人均为类人形机器人，两侧机器人的手指均放置在靠近钢琴的琴键上方且所有手指均可以相互独立的按下或松开琴键；其中一侧机器人的脚部放置在靠近钢琴的踏板上方且左右脚部均可以踩下或者松开踏板；所述控制系统与两侧机器人电气连接，控制系统用来控制机器人的手指和脚部运动。
2.根据权利要求1所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述机器人的脚部通过扭簧转轴与其腿部活动连接，机器人的腿部与安装在地面上的电机固定架连接，电机固定架上安装有脚部电机，脚部电机的动力输出轴上固定连接摆杆，脚部电机带动摆杆按压机器人的脚部，脚部联动向下按压踏板，待摆杆复位后，脚部也通过扭簧转轴复位。
3.根据权利要求1所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述琴键以其中部的中央C键为界，分为左半部分和右半部分，琴键的左半部分为左侧机器人的手指活动区域，琴键的右半部分为右侧机器人的手指活动区域。
4.根据权利要求2所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述控制系统包括计算机、伺服电机控制器和气动执行元件，伺服电机控制器通过总线与计算机连接，并在计算机的命令下控制相对应机器人的肩部结构转动，肩部结构随之带动机器人的手臂转动；气动执行元件通过总线和数字式输出控制卡与计算机连接，并在计算机的命令下控制相对应的手指按下或者松开琴键；所述计算机也通过发布指令控制脚部电机的运转。
5.根据权利要求4所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述肩部结构包括伺服电机、减速器和联动板，所述计算机控制伺服电机的转动，伺服电机的动力输出端安装有减速器，减速器的动力输出端安装有联动板，联动板的自由端与机器人的手臂相连接。
6.根据权利要求4所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述气动执行元件包括电磁阀和手指气缸，手指气缸安装在手指气缸座上，手指气缸座与手臂固定连接，每一个手指气缸均对应着一个电磁阀，计算机通过数字式输出控制卡控制每一个电磁阀的开关从而驱动每一个手指气缸，手指气缸带动对应的手指按下或者松开琴键。
7.根据权利要求6所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述手指气缸为针型气缸。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述控制系统还包括人机界面触摸屏，用户可以通过触摸屏选择相应的钢琴曲让机器人演奏。
9.根据权利要求8所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述钢琴通过连轴与踏板连接，踏板通过转轴安装在与钢琴相连的踏板固定架上。
10.根据权利要求9所述的新型钢琴演奏机器人系统，其特征在于，所述钢琴为立式或者三角钢琴。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170630 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |