CN110045332A - 一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，包括(1)环境拾取：通过颤音琴表面的超声波发射器向颤音琴奏乐机器人上的超声波接收器发射超声波信号；(2)环境分析及定位：通过数据处理系统计算出超声波发射器与超声波接收器之间的距离，数据处理系统通过三个超声波接收器的数据处理结果计算出颤音琴的位置信息实现定位；(3)键位匹配：机器人将计算出的位置信息输入中央数据库与预设的标记坐标进行坐标匹配，从而将颤音琴上的键位进行定位。本发明将超声波接收器与超声波发射器分开设置，计算单程距离，避免了设备结构对定位精度的影响，降低了计算误差；同时超声波数据处理简单，降低了机器人的数据处理载荷。
Description
技术领域
本发明属于机器人定位技术领域，特别涉及一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，智能机器人的发展领域越来越宽，如颤音琴奏乐机器人可以根据输入或设定的乐谱自动演奏敲击出乐曲。现有的颤音琴奏乐机器人通过固定在机械手上的敲击棒敲击颤音琴来演奏乐曲，演奏时琴架与机器人是固定相对不动的，机器人才能完成演奏。一旦琴架偏移原来的位置，机器人就会敲击错误的音符。日常工作及搬运过程中琴架时常会发生偏移从而导致奏乐机器人不能顺利完成演奏，所以需要在机器人演奏前进行琴架自动识别定位。
发明内容
本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，包括以下步骤：
(1)环境拾取：安装在颤音琴表面的超声波发射器向颤音琴奏乐机器人发射超声波信号，安装在颤音琴奏乐机器人头部的三个超声波接收器用于接收超声波发射器发射的超声波信号；
(2)环境分析及定位：每个超声波接收器通过数据处理系统计算出超声波发射器与超声波接收器之间的距离，数据处理系统通过三个超声波接收器的数据处理结果计算出颤音琴的位置信息实现定位；
(3)键位匹配：机器人将计算出的颤音琴的位置信息输入中央数据库，并与预设的颤音琴的标记坐标进行坐标匹配，从而将颤音琴上的键位进行定位。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中颤音琴表面安装有四个超声波发射器，分别为A1、A2、A3和A4，四个超声波发射器分别安装在颤音琴表面的四角。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中四个超声波发射器A1、A2、A3和A4依次发射超声波，间隔时间为1～2秒。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中三个超声波接收器水平共线设置，分别为B1、B2和B3，且三个超声波接收器与颤音琴奏乐机器的躯干部分为相对静止状态。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中的数据处理系统包括单片机、定时驱动器和放大处理器，所述超声波发射器与定时驱动器电性连接，所述定时驱动器与单片机电性连接，所述超声波接收器与放大处理器电性连接，所述放大处理器与单片机电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)中颤音琴的标记坐标为四个，分别为A01(x01,y01,z01)、A02(x02,y02,z02)、A03(x03,y03,z03)和A04(x04,y04,z04)且四个标记坐标分别为颤音琴表面四角的坐标，与四个超声波发射器一一对应。
本发明的有益效果为：本发明将超声波接收器与超声波发射器分开设置，计算单程距离，避免了设备结构对定位精度的影响，降低了计算误差；同时超声波数据处理简单，降低了机器人的数据处理载荷。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。
实施例
一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，包括以下步骤：
(1)环境拾取：安装在颤音琴表面的超声波发射器向颤音琴奏乐机器人发射超声波信号，安装在颤音琴奏乐机器人头部的三个超声波接收器用于接收超声波发射器发射的超声波信号；
(2)环境分析及定位：每个超声波接收器通过数据处理系统计算出超声波发射器与超声波接收器之间的距离，数据处理系统通过三个超声波接收器的数据处理结果计算出颤音琴的位置信息实现定位；
(3)键位匹配：机器人将计算出的颤音琴的位置信息输入中央数据库，并与预设的颤音琴的标记坐标进行坐标匹配，从而将颤音琴上的键位进行定位。
定位前，颤音琴的坐标位置M(xm,ym,zm)为未知的，颤音琴上的超声波发射器发射特定频率的超声波给安装在颤音琴奏乐机器人头部的三个超声波接收器，三个超声波接收器的设有初始的预设位置坐标B1(xB1,yB1,zB1)、B2(xB2,yB2,zB2)和B3(xB3,yB3,zB3)，数据处理系统通过超声波传递的时间计算出超声波接收器与超声波发射器之间的距离，并通过三个超声波接收器的位置信息计算出颤音琴的坐标位置M(xm,ym,zm)，具体涉及方程(xm-xBi)2+(ym-yBi)2+(zm-zBi)2＝(v·t)2，其中，Bi的值对应三个超声波接收器，v为超声波的传播速度，t为超声波的传播时间。传统的超声测距接收的是反射的声波，但是，由于机器人结构复杂、表面平整度差，而颤音琴体积较大，很容易影响定位的精确程度。本发明将超声波接收器与超声波发射器分开设置，计算单程距离，避免了设备结构对定位精度的影响，降低了计算误差；同时超声波数据处理简单，降低了机器人的数据处理载荷。
进一步的，所述步骤(1)中颤音琴表面安装有四个超声波发射器，分别为A1、A2、A3和A4，四个超声波发射器分别安装在颤音琴表面的四角。颤音琴结构较大，单个的定位坐标定位效果不好，且不利于键位匹配，设置在四角的四个超声波发射器能准确定位颤音琴外部边界，更有利于内部键位的匹配。
进一步的，所述步骤(1)中四个超声波发射器A1、A2、A3和A4依次发射超声波，间隔时间为1～2秒。避免四个超声波发射器的信号相互干扰，影响定位精度。
进一步的，所述步骤(1)中三个超声波接收器水平共线设置，分别为B1、B2和B3，且三个超声波接收器与颤音琴奏乐机器的躯干部分为相对静止状态。水平共线设置的三个超声波接收器的坐标数值中有两个是相同的，便于数据处理，降低数据处理载荷。
进一步的，所述步骤(2)中的数据处理系统包括单片机、定时驱动器和放大处理器，所述超声波发射器与定时驱动器电性连接，所述定时驱动器与单片机电性连接，所述超声波接收器与放大处理器电性连接，所述放大处理器与单片机电性连接。
单片机、定时驱动器、放大处理器、超声波发射器和超声波接收器组成定位的核心部件。定位时，单片机先复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的脉冲信号，使超声波发射器发射超声波，同时定时驱动器开始计时，当超声波接收器接收到回波脉冲时，由放大处理器处理触发单片机中断定时驱动器，并将单片机通过时间差计算出超声波传递距离。
进一步的，所述步骤(3)中颤音琴的标记坐标为四个，分别为A01(x01,y01,z01)、A02(x02,y02,z02)、A03(x03,y03,z03)和A04(x04,y04,z04)且四个标记坐标分别为颤音琴表面四角的坐标，与四个超声波发射器一一对应。
标记坐标A01(x01,y01,z01)、A02(x02,y02,z02)、A03(x03,y03,z03)和A04(x04,y04,z04)为颤音琴初始设置的位置坐标，当颤音琴位置发生偏移后，会产生一个偏移距离，数据处理系统计算出的超声波发射器A1、A2、A3和A4与对应的标记坐标同时会产生相同的偏移距离，将A1、A2、A3和A4的坐标信息输入入中央数据库与标记坐标一一匹配，通过计算并进行数值矫正便可得出出实际的偏移距离，机器人通过偏移距离即可完成偏移矫正，将颤音琴准确定位。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)环境拾取：安装在颤音琴表面的超声波发射器向颤音琴奏乐机器人发射超声波信号，安装在颤音琴奏乐机器人头部的三个超声波接收器用于接收超声波发射器发射的超声波信号；
(2)环境分析及定位：每个超声波接收器通过数据处理系统计算出超声波发射器与超声波接收器之间的距离，数据处理系统通过三个超声波接收器的数据处理结果计算出颤音琴的位置信息实现定位；
(3)键位匹配：机器人将计算出的颤音琴的位置信息输入中央数据库，并与预设的颤音琴的标记坐标进行坐标匹配，从而将颤音琴上的键位进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中颤音琴表面安装有四个超声波发射器，分别为A1、A2、A3和A4，四个超声波发射器分别安装在颤音琴表面的四角。
3.根据权利要求2所述的一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中四个超声波发射器A1、A2、A3和A4依次发射超声波，间隔时间为1～2秒。
4.根据权利要求1所述的一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中三个超声波接收器水平共线设置，分别为B1、B2和B3，且三个超声波接收器与颤音琴奏乐机器的躯干部分为相对静止状态。
5.根据权利要求1所述的一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中的数据处理系统包括单片机、定时驱动器和放大处理器，所述超声波发射器与定时驱动器电性连接，所述定时驱动器与单片机电性连接，所述超声波接收器与放大处理器电性连接，所述放大处理器与单片机电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种颤音琴奏乐机器人的敲击定位方法，其特征在于，所述步骤(3)中颤音琴的标记坐标为四个，分别为A01(x01,y01,z01)、A02(x02,y02,z02)、A03(x03,y03,z03)和A04(x04,y04,z04)且四个标记坐标分别为颤音琴表面四角的坐标，与四个超声波发射器一一对应。
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