CN114743436B - 一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，涉及钢琴辅助练习领域。包括托架组件、至少一个手部辅助系统、动力装置、控制模块，托架组件用于带动腕部沿钢琴长度方向移动至相应的音区处；手部辅助系统包括机架以及与五根手指分别对应的五个手指辅助机构，动力装置与五个手指辅助机构中分别铰接，用于带动手部辅助机构驱动相对应的手指按压琴键。本申请用于自动将钢琴学习者的手部移动到正确的音区并辅助推动手指按下正确的琴键。

Description

一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具

技术领域

本申请涉及钢琴辅助练习领域，尤其涉及一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具。

背景技术

钢琴学习需要大量重复的机械肌肉运动辅助完成。每学习到一个新的阶段，都需要钢琴学习者自主独立的完成所有钢琴练习曲才可以达到演奏技术的进步。这一学习过程需要学习者付出巨大的主观注意力和自制力。其学习称曲线上升的态势，麦克·唐纳技能学习曲线是对钢琴学习的进程具体表述。从图中可以看出在经历过B段因为对于乐曲的新鲜感而导致的快速上升的学习成绩后，成绩开始呈缓慢进步的趋势。到了这一阶段之后，钢琴学习者就需要去克服钢琴练习造成的倦怠感、厌倦感、注意力下降、肌肉酸痛等一系列负面情绪。

钢琴学习也需要养成良好的手型习惯，错误的弹奏手型一方面会导致手指关节错误受力，长此以往会导致手指关节问题，如腱鞘炎等；另一方面，错误的手型也会影响钢琴演奏的质量和演奏技能的进一步提升。

中国专利CN112509422A提出了一种用于钢琴教学的辅助装置，通过套环的方式将电刺激元件固定在手部，当弹奏者发生指法错误、手型不正确或者手指紧张时，对其手部进行微弱电刺激提醒。该专利采用可穿戴设备，能够在一定程度上辅助弹奏者进行钢琴练习，并进行错误提醒。但采用电刺激等方式提醒有一定的危险，并且本质上还是需要钢琴学习者自己进行弹奏，没有进行外部辅助，可能导致钢琴学习者本身的厌倦感等负面情绪加重，没有从根本上解决钢琴学习者倦怠感、厌倦感、注意力下降、肌肉酸痛等一系列负面情绪。

综上，当前对于钢琴练习辅具仍存在以下问题：

(1)钢琴练习辅具无法对钢琴练习进行自动辅助，没有降低钢琴入门学习难度，也无法减少长时练习导致的疲倦；

(2)钢琴练习辅具只能进行手型错误提醒，无法做到主动辅助手型矫正。

发明内容

本申请提供一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，可以在钢琴练习时进行自动辅助，降低钢琴入门学习难度。

为达到上述目的，本申请提供了一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，包括托架组件、动力装置、控制模块和至少一个手部辅助系统，所述托架组件和动力装置均与所述控制模块电连接，实现自动化控制，其中：

所述托架组件用于带动腕部沿钢琴长度方向移动至相应的音区处；

所述手部辅助系统包括机架以及与五根手指分别对应的五个手指辅助机构，机架上设置有用于将其固定在手背上的第一固定件，每个手指辅助机构均包括依次铰接的L型连杆、第一连杆和第二连杆，第一连杆的中部铰接有摇杆，所述L型连杆的拐角部和摇杆远离第一连杆的一端均铰接在机架的顶部，所述第二连杆远离第一连杆的一端铰接有第一底座，第一底座上设置有能够将其固定在与其相对应的手指近指端的第二固定件；

所述动力装置与五个手指辅助机构中的L型连杆分别铰接，所述动力装置用于带动五个手部辅助机构分别驱动相对应的手指按压琴键。

进一步地，还包括第一指型矫正组件和四个第二指型矫正组件，第一指型矫正组件用于使拇指保持正确的指型，四个第二指型矫正组件用于使其余四指保持正确的指型，其中：

第一指型矫正组件和每个第二指型矫正组件均包括第一固定盘、第一紧固件以及铰接在第一固定盘两端部的第一动杆和第二动杆，第一指型矫正组件中的第一动杆和第二动杆通过两个第三固定件分别固定在拇指的近指端和远指端；每个第二指型矫正组件中的第一动杆和第二动杆通过两个第三固定件分别固定在与其相对应手指的近指端和中指端；

每个第二指型矫正组件还包括第二固定盘、第三动杆和第二紧固件，第二动杆的另一端和第三动杆分别铰接在第二固定盘的两端，第三动杆通过第三固定件固定在与其相对应手指的远指端；

第一固定盘和第二固定盘背离手指的一端面上均设置有角度刻度，第一紧固件用于当第二动杆相对第一动杆转动至指定位置时，使第一动杆和第二动杆固定；第二紧固件用于当第三动杆相对第二动杆转动至指定位置时，使第三动杆和第二动杆固定。

进一步地，所述动力装置包括五个推杆电机，五个推杆电机的推杆分别与五个手指辅助机构中的L型连杆铰接，每个推杆电机远离推杆的一端均铰接在机架的顶部。

进一步地，所述托架组件包括两个相对设置的可伸缩部件以及至少一根导轨，导轨的长度长于钢琴的长度，所述导轨的两端分别固定连接在两个可伸缩部件相对的侧面上，所述导轨的外壁上套设有至少一个移动基座，所述移动基座上滑动连接有用于固定腕部的支架，所述移动基座的上设置有用于带动其沿钢琴长度方向移动的驱动部件。

进一步地，所述驱动部件包括横向电机和从动轮，横向电机的输出轴上固定套设有主动轮，横向电机和从动轮分别固定在两个伸缩支架上，所述横向电机输出轴的主动轮与从动轮通过同步带传动连接，所述移动基座的底部固定在同步带的上端面。

进一步地，所述支架包括弧形件，所述弧形件的底面上一体连接有倒T型件，所移动基座的内部设置有与倒T型件相配合的倒T型滑槽；所述移动基座上还开设与倒T型滑槽相连通的凹槽，凹槽内设置有至少一个微型直线驱动器，所述微型直线驱动器的驱动杆固定在倒T型件上，其远离驱动杆的一端固定在移动基座上，所述微型直线驱动器用于带动腕部沿钢琴宽度方向移动至对应琴键的上方。

进一步地，可伸缩部件包括可伸缩连接的第一套管和第二套管。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：本申请的可穿戴外骨骼钢琴练习辅具能够自动将钢琴学习者的手部移动到正确的音区并辅助推动手指按下正确的琴键，且在弹奏全过程使手指保持正确的指型，做到主动辅助手型矫正，降低了钢琴入门学习难度，也减少钢琴学习者长时练习导致的疲倦。辅具采用可穿戴的结构，不影响正常演奏。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例1中穿戴外骨骼钢琴练习辅具的立体图；

图2为本实施例1中可伸缩部件、导轨和驱动部件的立体图；

图3为Ⅰ处驱动部件的局部放大图；

图4为实施例1中托架组件的结构示意图；

图5为Ⅱ处移动基座和支架的局部放大图；

图6为实施例1中手部辅助系统和指型矫正组件的立体图；

图7为实施例1中手部辅助系统和指型矫正组件的结构示意图。

图中，1-托架组件，11-可伸缩部件，12-导轨，13-移动基座，14-驱动部件，141-横向电机，142-从动轮，143-同步带，15-固定座，16-支架，17-微型直线驱动器，2-手部辅助系统，21-机架，211-连接板，212-第一固定板，213-第二固定板，214-第三固定板，22-L型连杆、23-第一连杆，24-第二连杆，25-摇杆，26底座，3-第二指型矫正组件，31-第一固定盘，32-第一动杆，33-第二动杆，34-第二固定盘，35-第三动杆，4-模拟钢琴，5-推杆电机。

具体实施方式

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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1，本实施例提供一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，可以在钢琴练习时进行自动辅助，降低钢琴入门学习难度。

辅具包括托架组件1、两个手部辅助系统2、动力装置、控制模块、两个指型矫正组件和八个第二指型矫正组件3，托架组件1和动力装置均与控制模块电路连接。托架组件1用于根据第一指令带动训练者的腕部沿钢琴长度方向移动至相对应的音区处；动力装置用于带动手部辅助系统1驱动相对应的手指按压琴键。控制模块被配置为：根据练习曲谱向托架组件1持续发出带动训练者的腕部的指令；根据练习曲谱向动力装置持续发出驱动手指按压琴键的指令。

参照图2-5，托架组件1包括两个可伸缩部件11、两根导轨12、两个移动基座13以及两个驱动部件14，两个移动基座13以及两个驱动部件14能够辅助训练者在弹奏钢琴时进行前臂移动，从而跨越音区定位到正确的音阶。

两个可伸缩部件11相对设置且均包括可伸缩连接的上套管和下套管，上套管的顶部设置有固定座15，两个固定座15分别设置在两个可伸缩部件11的相同高度上，上套管可沿下套管的高度方向上下移动调整高度，并通过螺栓固定在当前高度，实现高度的调整。两根导轨12平行设置，且两根导轨12一端均固定连接在其中一个可伸缩部件11的侧面上，另一端均依次穿过两个移动基座13后固定连接在另一个可伸缩部件11与前一个伸缩部件11相对的侧面上。导轨12的长度长于钢琴的长度，使两个移动基座13能够在整个琴键区域内移动。每个移动基座13的横截面为凸字形结构。驱动部件14包括两个横向电机141和两个从动轮142，横向电机141的输出轴上固定套设有主动轮，两个横向电机141分别固定在两个固定座15前侧和后侧的相同高度上，两个从动轮142分别固定在两个固定座15的后侧和前侧，横向电机142输出轴部的主动轮与其同侧的从动轮142通过同步带143传动连接，其中一个移动基座13的底部固定在其中一个同步带143的上端面随该同步带143移动，另一个移动基座13的底部固定在另一个同步带143的上端面随该同步带143移动，从而使分别固定在两个运动基座13上的训练者的两个手腕可以分别单独随其对应的移动基座13左右移动。

移动基座13的顶部滑动连接有用于固定训练者腕部的支架16，支架16的上部为与训练者腕部相匹配的弧形件，弧形件外侧面的中部一体连接有倒T型件，移动基座13的内部设置有与倒T型件相配合的倒T型滑槽，移动基座13的一侧开设有与倒T型滑槽相连通的凹槽，凹槽内设置有两个水平放置的微型直线驱动器17，微型直线驱动器17的驱动杆伸进倒T型滑槽内并固定在倒T型件上，其远离驱动杆的一端固定在移动基座13上。微型直线驱动器17可以推动支架16在移动基座13的倒T型槽内前后移动，从而使训练者的手部整体前后移动，微型直线驱动器17在收缩状态下可以使手部弹奏到白键，微型直线驱动器17伸出后，所述移动托架向前移动后，可以使手部弹奏到黑键。

参见图6和图7，手部辅助系统2包括机架21和五个辅助机构，五个辅助机构分别为拇指辅助机构、食指辅助机构、中指辅助机构、无名指辅助机构和小指辅助机构。

机架21包括连接板211、第一固定板212、第二固定板213和第三固定板214，连接板211沿平行于钢琴的宽度方向放置，第一固定板212、第二固定板213和第三固定板214相互平行且依次固定在连接板211上，第一固定板212、第二固定板213和第三固定板214的上表面均沿其长度方向依次排布有5个铰接座，5个铰接座的位置分别与五根手指的位置相对应。机架21上还设置有绑带，通过绑带可将机架21固定在训练者的手背上。

拇指辅助机构、食指辅助机构、中指辅助机构、无名指辅助机构和小指辅助机构的结构均包括依次铰接的L型连杆22、第一连杆23、第二连杆24和摇杆25。第一连杆23、第二连杆24和摇杆25均为直杆。L型连杆22的尾端与第一连杆23的首端相铰接，L型连杆22的拐角处铰接在第二固定板213的铰接座上；第一连杆23的中部与摇杆25的首端铰接，尾端与第二连杆24的首端铰接；摇杆25的尾端铰接在第三固定板214的铰接座上；第二连杆24的尾端铰接有底座26，底座26上设置有绑带，绑带能够将底座26固定在与其相对应的手指近指端。

动力装置包括五个推杆电机5，五个推杆电机5的推杆分别与拇指辅助机构、食指辅助机构、中指辅助机构、无名指辅助机构和小指辅助机构中L型连杆22的首端铰接，推杆电机5远离推杆的一端均铰接在第一固定板212的铰接座上，推杆电机5能够根据控制模块的第二指令带动手部辅助系统2驱动相对应的手指按压琴键。

第一指型矫正组件用于使拇指保持正确的指型，四个第二指型矫正组件3用于矫正食指、中指、无名指和小指的指型，使食指、中指、无名指和小指保持正确的指型。

第一指型矫正组件和每个第二指型矫正组件3均包括第一固定盘31、第一紧固件以及铰接在第一固定盘31两端部的第一动杆32和第二动杆33，第一指型矫正组件中的第一动杆32和第二动杆33通过两个绑带分别固定在拇指的近指端和远指端；每个第二指型矫正组件3中的第一动杆32和第二动杆33通过两个绑带分别固定在与其相对应手指的近指端和中指端；

每个第二指型矫正组件还包括第二固定盘34、第三动杆35和第二紧固件，第二动杆33的另一端和第三动杆35分别铰接在第二固定盘34的两端，第三动杆35通过绑带固定在与其相对应手指的远指端；

第一固定盘31和第二固定盘34背离手指的一端面上均设置有角度刻度，第一紧固件均用于当第二动杆33相对第一动杆32转动至指定位置时，使第一动杆32和第二动杆33固定；第二紧固件均用于当第三动杆35相对第二动杆33转动至指定位置时，使第三动杆35和第二动杆33固定。

以图1中的模拟钢琴4和模拟手部为例，利用辅具驱动模拟手指移动至正确的音区并按压琴键以及使模拟手指保持正确的指型的工作原理为：当训练者需要辅助时，将辅具放置在如图1中模拟钢琴4的一侧，上下移动调整可伸缩组件中的上套管使支架16提升到钢琴弹奏时的手腕所需高度处，并通过螺栓将上套管和下套管固定。

将辅具中的支架16和机架21通过绑带固定在模拟手部的腕部和手背，并将五个辅助机构中的底座26通过绑带分别固定在五个手指的近指端，然后再将第一指型矫正组件中的第一动杆32和第二动杆33通过绑带分别固定在拇指的近指端和远指端，将四个第二指型矫正组件3中的第一动杆32、第二动杆33和第三动杆35通过绑带分别固定在其余四指的近指端、中指端和远指端，完成固定。固定完成后调整第一指型矫正组件和四个第二指型矫正组件3中的第一动杆32，使各个手指的近指端位于正确的指型位置处；然后参考第一固定盘34上的角度刻度调节固定在各个手指上的第二动杆33，使拇指的远指端以及其余四指的中指端位于正确的指型位置处，并通过紧定螺丝固定第一动杆32和第二动杆33；最后参考四个第二指型矫正组件3中的第二固定盘35上的角度刻度，调节固定在其余四指上的第三动杆36，使其余四指的远指端均处于正确的指型位置。

开启两个横向电机141、五个推杆电机5和两个微型直线驱动器17，控制模块会根据练习曲谱持续发出第一指令、第二指令和第三指令，两个横向电机141在接收到第一指令后会带动练习者的手部移动，使练习者的手部处于正确的音区；两个微型直线驱动器17接收到第三指令后推动支架16向前/后移动，练习者的腕部随之移动至正确的琴键处；五个推杆电机5在接收到第二指令对练习者的五根手指进行辅助推动，使得练习者的手指能够被动地按到正确的琴键，完成该音符的演奏，随着持续输入控制信息，托架组件1和手部辅助系统2联合运动，使钢琴学习者可以被动地完成钢琴演奏，能够模拟老师手把手教学，并且该过程中由所述指型矫正组可以使钢琴学习者的指型保持正确，持续辅助练习可以快速入门并且养成正确的指型习惯。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，其特征在于，包括托架组件、动力装置、控制模块和至少一个手部辅助系统，所述托架组件和动力装置均与所述控制模块电连接，实现自动化控制，其中：

所述托架组件用于带动腕部沿钢琴长度方向移动至相应的音区处；

所述手部辅助系统包括机架以及与五根手指分别对应的五个手指辅助机构，机架上设置有用于将其固定在手背上的第一固定件，每个手指辅助机构均包括依次铰接的L型连杆、第一连杆和第二连杆，第一连杆的中部铰接有摇杆，所述L型连杆的拐角部和摇杆远离第一连杆的一端均铰接在机架的顶部，所述第二连杆远离第一连杆的一端铰接有第一底座，第一底座上设置有能够将其固定在与其相对应的手指近指端的第二固定件；

所述动力装置与五个手指辅助机构中的L型连杆分别铰接，所述动力装置用于带动五个手部辅助机构分别驱动相对应的手指按压琴键；所述托架组件包括两个相对设置的可伸缩部件以及至少一根导轨，导轨的长度长于钢琴的长度，所述导轨的两端分别固定连接在两个可伸缩部件相对的侧面上，所述导轨的外壁上套设有至少一个移动基座，所述移动基座上滑动连接有用于固定腕部的支架，所述移动基座的上设置有用于带动其沿钢琴长度方向移动的驱动部件。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，其特征在于，还包括第一指型矫正组件和四个第二指型矫正组件，第一指型矫正组件用于使拇指保持正确的指型，四个第二指型矫正组件用于使其余四指保持正确的指型，其中：

第一指型矫正组件和每个第二指型矫正组件均包括第一固定盘、第一紧固件以及铰接在第一固定盘两端部的第一动杆和第二动杆，第一指型矫正组件中的第一动杆和第二动杆通过两个第三固定件分别固定在拇指的近指端和远指端；每个第二指型矫正组件中的第一动杆和第二动杆通过两个第三固定件分别固定在与其相对应手指的近指端和中指端；

每个第二指型矫正组件还包括第二固定盘、第三动杆和第二紧固件，第二动杆的另一端和第三动杆分别铰接在第二固定盘的两端，第三动杆通过第三固定件固定在与其相对应手指的远指端；

第一固定盘和第二固定盘背离手指的一端面上均设置有角度刻度，第一紧固件用于当第二动杆相对第一动杆转动至指定位置时，使第一动杆和第二动杆固定；第二紧固件用于当第三动杆相对第二动杆转动至指定位置时，使第三动杆和第二动杆固定。

3.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，其特征在于，所述动力装置包括五个推杆电机，五个推杆电机的推杆分别与五个手指辅助机构中的L型连杆铰接，每个推杆电机远离推杆的一端均铰接在机架的顶部。

4.根据权利要求1所述的一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，其特征在于，所述驱动部件包括横向电机和从动轮，横向电机的输出轴上固定套设有主动轮，横向电机和从动轮分别固定在两个伸缩支架上，所述横向电机输出轴的主动轮与从动轮通过同步带传动连接，所述移动基座的底部固定在同步带的上端面。

5.根据权利要求4所述的一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，其特征在于，所述支架包括弧形件，所述弧形件的底面上一体连接有倒T型件，所移动基座的内部设置有与倒T型件相配合的倒T型滑槽；所述移动基座上还开设与倒T型滑槽相连通的凹槽，凹槽内设置有至少一个微型直线驱动器，所述微型直线驱动器的驱动杆固定在倒T型件上，其远离驱动杆的一端固定在移动基座上，所述微型直线驱动器用于带动腕部沿钢琴宽度方向移动至对应琴键的上方。

6.根据权利要求5所述的一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，其特征在于，可伸缩部件包括可伸缩连接的第一套管和第二套管。

7.根据权利要求4所述的一种可穿戴外骨骼钢琴练习辅具，其特征在于，两个可伸缩部件在同一高度的位置处均固定有固定座，横向电机和从动轮通过固定板分别固定在两个伸缩支架上。

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