CN107831700A - 一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统及方法。所述该控制系统弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统由拨弦系统、刮弦系统和压弦系统三个子系统组成，这三个子系统通过STM32芯片来协调联动，所述电源通过STM32芯片所编写好的程序对上述三个子系统供电。本发明能实现的功能将其分为拨弦、刮弦、压弦三个功能部分进行设计，而且使用时只要提前对芯片进行编程，连接电源后，使机构复位，此装置便可自动弹奏古筝乐曲，自动化程度高，通过直流电机，弹簧和限位装置的配合完成了模仿人手拨弦的动作，能发出浑厚饱满的琴音，利用凸轮达到模仿人手压弦的动作手法，且颤音的效果与人手的颤音效果相同。

Description

一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及古筝弹奏技术领域，尤其涉及一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统及方法。
背景技术
在日常生活中,一些小型的茶楼，茶馆都会聘请一些弹古筝的音乐人进行古筝的弹奏来使气氛达到其所需的要求，而往往这些聘请这些古筝音乐人的费用较高，长期需要的话成本较高。同时市场上新出的机器人餐厅，也急需一些能够自动弹奏的音乐的机器来吸引顾客和调节餐厅的气氛。同时在一些科技体验馆，科技娱乐馆都还未放置能够弹奏古筝的设备，这对科技的成果的体验存在漏洞。古筝能够带来的娱乐感相比较其他乐器的效果更为明显。
近年来，伴随科技在各个领域的突破，计算机和机械设备的结合并应用于日常生活中，为人们的生活提供了极大的便利。古筝能够给人予视觉听觉上最大的满足感，且能使人平心静气，但是听一场古筝音乐会的成本较高，且古筝音乐会的举办不多，而私人的弹奏古筝机器市场上还未完整出现，虽然市场上有一款古筝机，但是，这款设备只能完成简单的弹奏，所以未在社会上广泛使用。随着工业生产自动化的发展，精度控制的提高，机械自动弹奏音乐的能力也提高，尽早完善和开发音乐市场，将拥有巨大的市场前景，创造较高的市场利润。
现有的技术除了机器人博览会展出过一个机械手弹古筝，且存在功能不够完善只能拨弦的动作，拨弦手指太多累赘等问题外，市场上非常缺乏能够较好的弹出古筝各种指法和音效的设备，因此设计出一款能够弹出多种指法以及音效的流畅的弹古筝机构会有良好的研究价值和市场前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统及方法，具备自动化的优点，解决了需要人工弹奏古筝的问题。
根据本发明实施例的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统，所述该控制系统弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统由拨弦系统、刮弦系统和压弦系统三个子系统组成，这三个子系统通过STM32芯片来协调联动，所述STM32芯片连接电源，所述电源通过STM32芯片所编写好的程序对上述三个子系统供电，所述STM32芯片上设有插孔，计算机通过插孔对STM32芯片进行编程；
所述拨弦系统包括X轴步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、直流电机单元、行程开关，所述X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，所述Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，所述直流电机单元通过控制直流电机的转动来控制拨弦指部分，所述行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向拨弦手指停留在那一条弦上；
所述刮弦系统包括X轴步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、行程开关，所述X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，所述Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，所述行程开关单元所述行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向刮弦指停留在那一条弦上；
所述压弦系统包括600丝杆步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、直流电机单元、行程开关，所述X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，所述Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，所述直流电机单元通过控制直流电机的转动来控制压弦杆部分，所述行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向压弦杆停留在那一条弦上。
进一步的，所述STM32芯片为主控元件，所述STM32芯片设置在MTK-6582电路板，通过与电路板上的其它元件相配合，完成系统控制过程。
进一步的，所述拨弦系统X轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为57BYG250，所述拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，所述直流电机通电时带动机构拨弦，断电时弹簧将其复位，完成一次拨弦，所述行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断拨弦指所处的第几根琴弦。
进一步的，所述刮弦系统X轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为57HS6425A4，所述拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，所述行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断刮弦指所处的第几根琴弦。
进一步的，所述压弦系统中600丝杆步进电机为二相4线的步进电机，选型为57HS7625A4，所述600丝杆步进电机进行倾斜的放置，这样600丝杆滑台转动即可在X、Y方向上都有移动，所述拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，所述直流电机选型为ZGB37RG，所述直流电机通电时带动凸轮，通过改变直流电机转动方位及转速来改变压弦的时间，所述行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断压弦杆所处的第几根琴弦。
一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的方法，计算机提前对STM32芯片进行编程，然后再连接电源，将每一个子系统的结构部件复位，复位后，stm32芯片接收到复位完成信号，再运行程序，弹奏乐曲。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：这种发明装置能实现的功能将其分为拨弦、刮弦、压弦三个功能部分进行设计，采用较轻的材料减轻重量，在保证效率的情况下尽可能减小体积。而且使用时只要提前对芯片进行编程，连接电源后，是机构复位，此装置便可自动弹奏古筝乐曲，自动化程度高，通过自动弹古筝装置的设计，创造了一种新的娱乐方式。通过直流电机，弹簧和限位装置的配合完成了模仿人手拨弦的动作，能发出浑厚饱满的琴音。利用凸轮的外形轮廓以及弹簧等零件的配合，达到模仿人手压弦的动作手法，且颤音的效果与人手的颤音效果相同。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统的框图。
图2为本发明提出的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-2，一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统，该控制系统弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统由拨弦系统、刮弦系统和压弦系统三个子系统组成，这三个子系统通过STM32芯片来协调联动，STM32芯片连接电源，电源通过STM32芯片所编写好的程序对上述三个子系统供电，STM32芯片上设有插孔，计算机通过插孔对STM32芯片进行编程。
拨弦系统包括X轴步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、直流电机单元、行程开关，X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，直流电机单元通过控制直流电机的转动来控制拨弦指部分，行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向拨弦手指停留在那一条弦上。
刮弦系统包括X轴步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、行程开关，X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，行程开关单元行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向刮弦指停留在那一条弦上。
压弦系统包括600丝杆步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、直流电机单元、行程开关，X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，直流电机单元通过控制直流电机的转动来控制压弦杆部分，行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向压弦杆停留在那一条弦上。
STM32芯片为主控元件，STM32芯片设置在MTK-6582电路板，通过与电路板上的其它元件相配合，完成系统控制过程；拨弦系统X轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为57BYG250，拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，直流电机通电时带动机构拨弦，断电时弹簧将其复位，完成一次拨弦，行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断拨弦指所处的第几根琴弦；刮弦系统X轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为57HS6425A4，拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断刮弦指所处的第几根琴弦；压弦系统中600丝杆步进电机为二相4线的步进电机，选型为57HS7625A4，600丝杆步进电机进行倾斜的放置，这样600丝杆滑台转动即可在X、Y方向上都有移动，拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，直流电机选型为ZGB37RG，直流电机通电时带动凸轮，通过改变直流电机转动方位及转速来改变压弦的时间，行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断压弦杆所处的第几根琴弦；S1：计算机提前对STM32芯片进行编程；S2：然后再连接电源；S3：将每一个子系统的结构部件复位，复位后，stm32芯片接收到复位完成信号，再运行已编的程序，弹奏乐曲。
一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的方法，使用时，首先装置上电，各个丝杆滑台组进行原点复位。复位后，stm32芯片接收到复位完成信号，再进行运行程序，首先拨弦的丝杆滑台前进，当收到行程开关的信号时，丝杆滑台停止前进。手指跟随着Z轴方向的上的丝杆滑台进行下降到一定值，随后手指上的直流电机接通，电机通过绳子将指甲进行一定范围的快速移动，从而使古筝弦发声，遇到限位装置停止移动。指甲移动后发声后，Z轴的丝杆滑台进行上升一定距离，直流电机断开，指甲在弹簧的作用下复位，遇到限位装置停止。拨弦部分的X轴丝杆前进同理对接下去的弦进行相同的运动。收到需要压弦的信号时，压线装置的水平丝杆走到该弦处，垂直丝杆进行下降，直流电机开始工作，主流电机带动凸轮进行旋转一圈，下端连杆对弦进行下压减压再下压后撤回原位。最后垂直的丝杆滑台进行上升。当收到需要刮弦的信号时，水平和垂直丝杆移动到相应位置，使刮指甲达到位置。然后按照乐曲编排，水平丝杆进行快速移动，垂直丝杆进行相应的配合调整，进行刮弦。当一首曲目结束时，各个丝杆滑台复位，等待其他指令。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统，其特征在于：所述该控制系统弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统由拨弦系统、刮弦系统和压弦系统三个子系统组成，这三个子系统通过STM32芯片来协调联动，所述STM32芯片连接电源，所述电源通过STM32芯片所编写好的程序对上述三个子系统供电，所述STM32芯片上设有插孔，计算机通过插孔对STM32芯片进行编程；
所述拨弦系统包括X轴步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、直流电机单元、行程开关，所述X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，所述Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，所述直流电机单元通过控制直流电机的转动来控制拨弦指部分，所述行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向拨弦手指停留在那一条弦上；
所述刮弦系统包括X轴步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、行程开关，所述X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，所述Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，所述行程开关单元所述行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向刮弦指停留在那一条弦上；
所述压弦系统包括600丝杆步进电动机单元、Z轴步进电动机单元、直流电机单元、行程开关，所述X轴步进电动机单元通过控制X轴步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿X轴方向往复平动，所述Z轴步进电动机单元通过控制步进电动机正旋和逆旋来控制丝杆滑台沿Z轴方向往复平动，所述直流电机单元通过控制直流电机的转动来控制压弦杆部分，所述行程开关为反馈单元，用来确定沿X轴方向压弦杆停留在那一条弦上。
2.根据权利要求1所述的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统，其特征在于：所述STM32芯片为主控元件，所述STM32芯片设置在MTK-6582电路板，通过与电路板上的其它元件相配合，完成系统控制过程。
3.根据权利要求1所述的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统，其特征在于：所述拨弦系统X轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为57BYG250，所述拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，所述直流电机通电时带动机构拨弦，断电时弹簧将其复位，完成一次拨弦，所述行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断拨弦指所处的第几根琴弦。
4.根据权利要求1所述的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统，其特征在于：所述刮弦系统X轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为57HS6425A4，所述拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，所述行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断刮弦指所处的第几根琴弦。
5.根据权利要求1所述的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的控制系统，其特征在于：所述压弦系统中600丝杆步进电机为二相4线的步进电机，选型为57HS7625A4，所述600丝杆步进电机进行倾斜的放置，这样600丝杆滑台转动即可在X、Y方向上都有移动，所述拨弦系统Z轴步进电机为二相4线的步进电机，选型为42BYGH40-1704A，所述直流电机选型为ZGB37RG，所述直流电机通电时带动凸轮，通过改变直流电机转动方位及转速来改变压弦的时间，所述行程开关行程开关在丝杆滑台的带动下与柱体相互接触然后开关被压下，信号传输到STM32芯片进行处理，以便判断压弦杆所处的第几根琴弦。
6.如权利要求1-5所述的一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置的方法，其特征在于：其工作步骤如下：
S1：所述计算机提前对STM32芯片进行编程；
S2：然后再连接电源；
S3：将每一个子系统的结构部件复位，复位后，stm32芯片接收到复位完成信号，再运行已编的程序，弹奏乐曲。
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