CN109278058A - 机械仿生手指及采用该手指的弹奏机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种机械仿生手指及采用该手指的弹奏机器人。该机械仿生手指包括按压琴键的手指本体、带动手指本体左右摆动选择琴键的第一驱动装置、带动手指本体上下移动按压琴键的第二驱动装置以及安装第一驱动装置和第二驱动装置的安装组件，第一驱动装置的输出轴与手指本体的末端连接，通过第一驱动装置的输出轴带动手指本体摆动，第二驱动装置的输出轴与第一驱动装置连接，通过第二驱动装置的输出轴带动第一驱动装置上下转动，从而带动手指本体下压和上移，第一驱动装置可上下转动地安装在安装组件的前部，第二驱动装置固定在安装组件的后部。本申请解决了机械手指无法同时进行摆动和下压动作的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及智能机器人技术领域，具体而言，涉及一种机械仿生手指及采用该手指的弹奏机器人。
背景技术
随着科技的发展，智能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，而要具有出色的弹奏能力则通常需要刻苦的练习。如何开发出一种可以用来进行钢琴弹奏的机器人，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、娱乐场所和高档商场等多种场所，展示高科技技术的同时能够陶冶公众的情操，营造艺术氛围，这就成为业内研究的热点方向。
因此，能够实现钢琴弹奏的机械仿生手指成为弹奏机器人的关键部分，但是现有技术中，能够实现摆动和下压动作的机械仿生手普遍采用两个固定铰链结构，在摆动的同时无法实现下压动作，无法对钢琴曲进行顺畅、准确的弹奏。
针对相关技术中机械手指无法同时进行摆动和下压动作的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种机械仿生手指及采用该手指的弹奏机器人，以解决机械手指无法同时进行摆动和下压动作的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种机械仿生手指。
根据本申请的机械仿生手指，包括：手指本体，用于按压琴键；第一驱动装置，用于带动所述手指本体左右摆动选择琴键，所述第一驱动装置的输出轴与所述手指本体的末端连接，通过所述第一驱动装置的输出轴带动所述手指本体摆动；第二驱动装置，用于带动所述手指本体上下移动按压琴键，所述第二驱动装置的输出轴与所述第一驱动装置连接，通过所述第二驱动装置的输出轴带动所述第一驱动装置上下转动，从而带动所述手指本体下压和上移；以及安装组件，用于安装所述第一驱动装置和所述第二驱动装置，所述第一驱动装置可上下转动地安装在所述安装组件的前部，所述第二驱动装置固定在所述安装组件的后部。
进一步的，所述安装组件包括支架和安装板，所述安装板为沿水平方向设置的板状结构，所述支架为两块并排沿竖直方向设置的板状结构，所述支架的底部固定为所述安装板的顶面上，所述第一驱动装置夹设在所述支架内，并通过第一轴承与所述支架铰接，所述第二驱动装置固定在所述安装板的顶面上。
进一步的，所述第一驱动装置为舵机，所述舵机外侧设置有舵机外壳，所述手指本体与所述舵机外壳通过第二轴承铰接。
进一步的，所述舵机通过三颗紧固螺钉固定在所述舵机外壳内，所述三颗紧固螺钉对应设置在所述舵机外壳的左侧内壁、右侧内壁和底部内壁上，所述三颗紧固螺钉分别与所述舵机的外壁相抵。
进一步的，所述机械仿生手指还包括连接所述第一驱动装置和所述第二驱动装置的传动装置，所述传动装置的一端与所述第一驱动装置连接，所述传动结构的另一端与所述第二驱动装置的输出轴连接。
进一步的，所述传动装置包括连接件和连杆，连接件的一端与所述舵机外壳的下部外壁连接，所述连接件的另一端与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述第二驱动装置的输出轴连接。
进一步的，所述连接件的一端为螺纹杆结构，所述连接件的另一端为挂钩状结构，所述连接件通过所述螺纹杆结构与所述舵机外壳螺纹连接，所述挂钩状结构与所述连杆之间可滑动的铰接。
进一步的，所述连杆的一端设置有转轴，所述第二驱动装置的输出轴开设有与所述两个转轴相配合的轴孔，所述转轴通过螺钉或者铆钉与所述第二驱动装置的输出轴之间可滑动的铰接。
进一步的，所述第二驱动装置为电磁阀。
为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种弹奏机器人。
根据本申请的弹奏机器人，包括：机器人本体和多个上述的机械仿生手指，所述机器人本体上设置有机械手臂，多个所述机械仿生手指并排设置在所述机械手臂的端部。
在本申请实施例中，采用在安装组件上设置第一驱动装置和第二驱动装置的方式，通过第一驱动装置的输出轴带动手指本体左右摆动，通过第二驱动装置的输出轴带动第一驱动装置上下转动，从而带动手指本体下压和上移，达到了在驱动手指本体摆动的同时可控制手指本体完成下压动作的目的，从而实现了对弹奏机器人的机械仿生手指的多维度同时控制的技术效果，进而解决了机械手指无法同时进行摆动和下压动作的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明机械仿生手指的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本申请涉及一种机械仿生手指，该机械仿生手指包括手指本体1、第一驱动装置、第二驱动装置和安装组件，手指本体1用于按压琴键，第一驱动装置用于带动手指本体1左右摆动从而完成预弹击琴键的选择，第二驱动装置用于带动手指本体1上下移动从而完成对琴键的按压，安装组件用于安装第一驱动装置和第二驱动装置。第一驱动装置可上下转动地安装在安装组件的前部，第二驱动装置固定在安装组件的后部，第一驱动装置的输出轴与手指本体1的末端连接，通过第一驱动装置的输出轴带动手指本体1摆动，第二驱动装置的输出轴与第一驱动装置连接，通过第二驱动装置的输出轴带动第一驱动装置上下转动，从而带动手指本体1下压和上移。在安装组件上设置第一驱动装置和第二驱动装置，通过第一驱动装置的输出轴带动手指本体1左右摆动，通过第二驱动装置的输出轴带动第一驱动装置上下转动，从而带动手指本体1下压和上移，达到了在驱动手指本体1摆动的同时可控制手指本体1完成下压动作的目的，从而实现了对弹奏机器人的机械仿生手指的多维度同时控制的技术效果。
如图1所示，安装组件包括支架2和安装板5，支架2用于固定第一驱动装置，安装板5用于固定第二驱动装置，安装板5为沿水平方向设置的长条形板状结构，支架2为两块并排沿竖直方向设置的板状结构，支架2设置在安装板5的前端，支架2的底部与安装板5的顶面固定连接。第一驱动装置夹设在支架2内，并通过第一轴承6与支架2铰接，第二驱动装置固定在安装板5的顶面后部。通过支架2和安装板5对应为第一驱动装置和第二驱动装置提供安装位置，保证机械仿生手指的稳定工作。
如图1所示，第一驱动装置为舵机7，舵机7外侧设置有舵机外壳3，手指本体1与舵机外壳3通过第二轴承10铰接，在舵机7的带动下，手指本体1可随第一驱动装置的输出轴左右摆动，摆动角度为-15°至+15°。
具体的，本发明中第一驱动装置可采用但不限于轻便小巧的9Kg.cm舵机。
本发明的一些实施例中，舵机7通过三颗紧固螺钉固定在舵机外壳3内，三颗紧固螺钉对应设置在舵机外壳3的左侧内壁、右侧内壁和底部内壁上，三颗紧固螺钉分别与舵机7的外壁相抵，位于左侧内壁和右侧内壁的紧固螺钉还对舵机外壳3的下压回位起到限位的作用。
如图1所示，机械仿生手指还包括传动装置，传动装置用于连接第一驱动装置和第二驱动装置，并将第二驱动装置的动作传递为第一驱动装置，传动装置包括连接件4和连杆8，连接件4的一端与舵机外壳3的下部外壁连接，连接件4的另一端与连杆8的一端铰接，连杆8的另一端与第二驱动装置的输出轴连接。能够有效精准的将第二驱动装置的动作传递为第一驱动装置，通过第二驱动装置带动第一驱动装置在上下方向上进行旋转。
如图1所示，具体的，连接件4为问号螺钉，即连接件4的一端为螺纹杆结构，连接件4的另一端为挂钩状结构。连接件4通过螺纹杆结构与舵机外壳3的下部外壁螺纹连接，连杆8的一端套设在挂钩状结构上，挂钩状结构与连杆8之间可滑动的铰接。通过连接件4有效精准的将第二驱动装置的动作传递为第一驱动装置，另外，挂钩状结构与连杆8之间可滑动的铰接，能够避免连杆8与挂钩状结构之间卡阻情况的发生。
如图1所示，连杆8的一端设置有转轴，第二驱动装置的输出轴开设有与转轴相配合的轴孔，转轴嵌入对应轴孔内，从而与第二驱动装置的输出轴可滑动的铰接。连杆8与第二驱动装置的输出轴之间可滑动的铰接，能够避免连杆8与第二驱动装置的输出轴之间卡阻情况的发生。
本发明的一些实施例中，第二驱动装置可采用但不限于电磁阀9。
具体的，第二驱动装置为最大拉力为80g的单向电磁阀。工作原理为：电流通过绕组实现磁场对单向电磁阀内部的铁质电磁阀芯进行驱动，实现单方向直线位移；铁质电磁阀芯的回位通过单向电磁阀内部的弹簧实现，从而带动下压状态下的手指主体1实现回位。
本发明的一些实施例中，手指主体1为长条状结构，手指主体1的前部向下弯曲，便于对琴键的下压。
该机械仿生手指的工作原理为：通过舵机7的输出轴带动手指主体1左右小角度摆动；通过电磁阀9驱动连杆8和连接件4，从而拉动舵机外壳3上下转动，从而使得连接在舵机外壳3上的手指主体1实现下压动作；手指主体1的摆动在任意位置时，均可同时进行下压动作。
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：采用在支架2和安装板5上对应设置舵机7和电磁阀9的方式，通过舵机7的输出轴带动手指本体1左右摆动，通过电磁阀9的输出轴带动舵机7上下转动，从而带动手指本体1下压和上移，达到了在驱动手指本体1摆动的同时可控制手指本体1完成下压动作的目的，从而实现了对弹奏机器人的机械仿生手指的多维度同时控制的技术效果，保证了机械仿生手指按压琴键的灵活性和准确性，与现有技术相比具有明显的优点。
本申请涉及一种弹奏机器人，该弹奏机器人包括机器人本体和多个上述的机械仿生手指，机器人本体上设置有机械手臂，多个机械仿生手指并排设置在机械手臂的端部。
本申请通过在弹奏机器人的机械手臂上安装多个机械仿生手指，该机械仿生手指通过舵机7的输出轴带动手指本体1左右摆动，通过电磁阀9的输出轴带动舵机7上下转动，从而带动手指本体1下压和上移，从而实现了对弹奏机器人的机械仿生手指摆动和下压动作的同步进行，解决了本领域的技术难题，保证了机械仿生手指按压琴键的灵活性和准确性，适于在智能机器人领域大范围推广使用。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机械仿生手指，其特征在于，包括：
手指本体(1)，用于按压琴键；
第一驱动装置，用于带动所述手指本体(1)左右摆动选择琴键，所述第一驱动装置的输出轴与所述手指本体(1)的末端连接，通过所述第一驱动装置的输出轴带动所述手指本体(1)摆动；
第二驱动装置，用于带动所述手指本体(1)上下移动按压琴键，所述第二驱动装置的输出轴与所述第一驱动装置连接，通过所述第二驱动装置的输出轴带动所述第一驱动装置上下转动，从而带动所述手指本体(1)下压和上移；以及
安装组件，用于安装所述第一驱动装置和所述第二驱动装置，所述第一驱动装置可上下转动地安装在所述安装组件的前部，所述第二驱动装置固定在所述安装组件的后部。
2.根据权利要求1所述的机械仿生手指，其特征在于，所述安装组件包括支架(2)和安装板(5)，所述安装板(5)为沿水平方向设置的板状结构，所述支架(2)为两块并排沿竖直方向设置的板状结构，所述支架(2)的底部固定为所述安装板(5)的顶面上，所述第一驱动装置夹设在所述支架(2)内，并通过第一轴承(6)与所述支架(2)铰接，所述第二驱动装置固定在所述安装板(5)的顶面上。
3.根据权利要求1所述的机械仿生手指，其特征在于，所述第一驱动装置为舵机(7)，所述舵机(7)外侧设置有舵机外壳(3)，所述手指本体(1)与所述舵机外壳(3)通过第二轴承(10)铰接。
4.根据权利要求3所述的机械仿生手指，其特征在于，所述舵机(7)通过三颗紧固螺钉固定在所述舵机外壳(3)内，所述三颗紧固螺钉对应设置在所述舵机外壳(3)的左侧内壁、右侧内壁和底部内壁上，所述三颗紧固螺钉分别与所述舵机(7)的外壁相抵。
5.根据权利要求3所述的机械仿生手指，其特征在于，所述机械仿生手指还包括连接所述第一驱动装置和所述第二驱动装置的传动装置，所述传动装置的一端与所述第一驱动装置连接，所述传动结构的另一端与所述第二驱动装置的输出轴连接。
6.根据权利要求5所述的机械仿生手指，其特征在于，所述传动装置包括连接件(4)和连杆(8)，连接件(4)的一端与所述舵机外壳(3)的下部外壁连接，所述连接件(4)的另一端与所述连杆(8)的一端铰接，所述连杆(8)的另一端与所述第二驱动装置的输出轴连接。
7.根据权利要求6所述的机械仿生手指，其特征在于，所述连接件(4)的一端为螺纹杆结构，所述连接件(4)的另一端为挂钩状结构，所述连接件(4)通过所述螺纹杆结构与所述舵机外壳(3)螺纹连接，所述挂钩状结构与所述连杆(8)之间可滑动的铰接。
8.根据权利要求6述的机械仿生手指，其特征在于，所述连杆(8)的一端设置有转轴，所述第二驱动装置的输出轴开设有与所述两个转轴相配合的轴孔，所述转轴通过螺钉或者铆钉与所述第二驱动装置的输出轴之间可滑动的铰接。
9.根据权利要求1所述的机械仿生手指，其特征在于，所述第二驱动装置为电磁阀(9)。
10.一种弹奏机器人，其特征在于，包括机器人本体和多个权利要求1至9中任意一项所述的机械仿生手指，所述机器人本体上设置有机械手臂，多个所述机械仿生手指并排设置在所述机械手臂的端部。
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