CN217020386U - 一种智能架子鼓演奏机器人 - Google Patents

Abstract

一种智能架子鼓演奏机器人，采用仿人形设计并座设于电动升降座椅上，其包括驱动机构、输入机构、控制机构；控制机构包括主控制器和辅助控制器，主控制器的输入端连接输入机构，输出端连接辅助控制器，辅助控制器连接驱动机构；输入机构包括麦克风和摄像头，麦克风用于将外部的鼓点信号转化为内部电信号并传输给主控制器以进行分析和分类，所述摄像头用于通过识别标准纸质谱上的鼓点，收集视觉信号，并将视觉信号转化为电信号传输给主控制器进行分析和分类；驱动机构包括手部、臂部、头部、腿部的关节活动结构，所述关节活动结构通过舵机进行控制，舵机连接辅助控制器，辅助控制器用于通过接收主控制器的指令以控制舵机动作，从而实施演奏操作。

Description

一种智能架子鼓演奏机器人

技术领域

本实用新型涉及人工智能机器人领域，尤其涉及一种智能架子鼓演奏机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展以及政府的大力支持，机器人产业在国内迎来了发展的春天，各式各样的机器人已经陆续出现在人们的视野中。其中，演奏机器人作为机器人研究领域的一个全新发展方向，其研究成果备受关注。从技术层面上说，目前国际上流行的演奏型机器人一般有两种，一种为能够采集外部指令并做出相关反应的机器人，另一种为能够自主演奏某种乐器的机器人。

目前，敲击类演奏机器人研究主要集中在欧美国家。德国公司早在2016年推出的KR3已经实现了通过握有木棒的六轴机械手臂，跟随音乐节拍敲击架子鼓。我国的伟力玩具公司以及格力公司也已经实现了多机器人配合真人进行敲击演奏。但这些机器人都需要研究者为其事先载入鼓点。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种智能架子鼓演奏机器，是一款既具有机器人群体表演功能，又具有主动学习和识谱功能的智能型打鼓机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种智能架子鼓演奏机器人采用仿人形设计并座设于电动升降座椅上，其包括驱动机构、输入机构、控制机构和供电机构；所述供电机构为机器人供电；所述控制机构包括主控制器和辅助控制器，所述主控制器的输入端连接输入机构，主控制器的输出端连接辅助控制器，所述辅助控制器连接驱动机构；所述输入机构包括麦克风和摄像头，所述麦克风用于将外部的鼓点信号转化为内部电信号并传输给主控制器以进行分析和分类，所述摄像头用于通过识别标准纸质谱上的鼓点，收集视觉信号，并将视觉信号转化为电信号传输给主控制器进行分析和分类；所述驱动机构包括手部、臂部、头部、腿部的关节活动结构，所述关节活动结构通过舵机进行控制，所述舵机连接辅助控制器，所述辅助控制器用于通过接收主控制器的指令以控制舵机动作，从而实施演奏操作。

所述控制机构的主控制器采用主频为1.2GHz的ARM Cortex-A53架构的四核处理器，具有多个外接接口用于连接其他机构。

所述主控制器上还设有无线WIFI/BLE电路。

所述控制机构的辅助控制器采用ARM核Cortex-M4系列芯片。

所述舵机采用PCA9685舵机。

本实用新型还包括语音机构，所述语音机构连接控制机构的主控制器。

所述语音机构包括扬声器，所述扬声器设于机器人的嘴部。

所述麦克风设于机器人的耳部，所述摄像头设于机器人的眼部。

所述供电机构包括同步整流的降压稳压模块，其由高效率大电流的降压芯片TPS40057和TPCA8016-H场效应管构成，用于将输入为9～35V的电压稳压至5V，且输出电流达到5A。

相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：

本实用新型所述一种智能架子鼓演奏机器人在实现基础演奏的功能上，还添加对外部鼓点检测的功能，能够自动识别纸质谱，对鼓点进行节奏提取、特征选取和鼓点分类，从而达到自主学习和演奏的效果。

本实用新型能够实现独立演奏数据库中的架子鼓曲目，或对外部鼓点信息进行学习和记忆，可通过电脑控制其演奏和交互功能，从而实现将乐器教学与高科技元素相结合，推动音乐艺术的发展。

本实用新型机器人底座设有万向轮，可随意移动；此外，手部能灵活地握住鼓槌，身体其他部分也可做辅助运动，增强演奏的观赏性。

附图说明

图1为本实用新型的外形整体结构示意图。

图2为本实用新型的控制结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实施例一种智能架子鼓演奏机器人采用仿人形设计并座设于电动升降座椅上，外形上包括：手部(4)、上臂(5)、下臂(6)、头部(7)、颈部(8)、胸部(9)、腰部(10)、臀部(11)、大腿(12)、小腿(13)、足(14)、球状关节(15)、万向轮(16)、升降支架(17)、电机(18)、外壳(19)；

头部(7)与颈部(8)、颈部(8)与胸部(9)、胸部(9)与腰部(10)、胸部(9)与上臂(5)、上臂(5)与下臂(6)、下臂(6)与手部(4)、腰部(10)与臀部(11)、臀部与大腿(12)、大腿(12)与小腿(13)、小腿(13)与足部(14)均通过球状关节(15)连接，电机(17)用于驱动电动升降座椅；万向轮(15)设于电动升降座椅的底部，外壳(11)侧部设有指示灯(20)。

如图2所示，所述智能架子鼓演奏机器人还包括驱动机构、输入机构、语音机构、控制机构和供电机构；

所述控制机构设于机器人胸腔(2)，包括主控制器和辅助控制器，所述主控制器的输入端连接输入机构，主控制器的输出端连接辅助控制器和语音机构，所述辅助控制器连接驱动机构；

所述输入机构包括麦克风和摄像头，所述麦克风用于将外部的鼓点信号转化为内部电信号并传输给主控制器以进行分析和分类，所述摄像头用于通过识别标准纸质谱上的鼓点，收集视觉信号，并将视觉信号转化为电信号传输给主控制器进行分析和分类；

所述驱动机构包括手部、臂部、头部、腿部等的关节活动结构，所述关节活动结构通过舵机进行控制，所述舵机连接辅助控制器，所述辅助控制器用于通过接收主控制器的指令以控制舵机动作，从而实施演奏操作。

具体地，所述语音机构包括扬声器，所述扬声器设于机器人的嘴部(3)；所述输入机构的麦克风设于机器人的耳部；所述输入机构的摄像头设于机器人的眼部(1)。

本实施例中，所述控制机构位于机器人背部，包括多个接口，可连接电脑。所述控制机构的主控制器采用英国卡片电脑树莓派3代B型，是一块主频为1.2GHz的ARM Cortex-A53架构的四核处理器，提供丰富的外设接口，用于连接其他机构，并在板卡背面增加无线WIFI/BLE电路。

所述控制机构的辅助控制器控制机器人的敲击动作，并且驱动相关的外围设备模块实现用户敲击动作的检测和鼓点信息的提示，该辅助控制器采用ST公司的ARM核Cortex-M4系列芯片，拥有多种协议接口，可以用于驱动不同的协议外设；所述舵机采用PCA9685舵机，在使用辅助控制器进行控制时，只需要使用两个具有IIC功能的引脚就可以实现对机器人的控制。

所述供电机构为机器人供电，为满足该机器人的长时间演奏需要，选用一款同步整流的降压稳压模块，由高效率大电流的降压芯片TPS40057和TPCA8016-H场效应管构成，将输入为9～35V的电压稳压至5V，且输出电流达到5A。

本实用新型的工作原理如下：

控制机构中的主控制器位于机器人脑部，该主控制器与下级的辅助控制器连接，辅助控制器相当于机器人的脊柱中枢。进一步地，各级驱动机构中的所有舵机均与辅助控制器相连。同时，舵机向下连接并控制着机器人的所有关节，包括手部、臂部、腿部关节，最终实施演奏操作。

经授权的使用者通过互联网Wi-Fi或移动通信网连接到该机器人，将已有的鼓点谱通过网络传输至机器人的主控制机构，由主控制器进行架子鼓曲识别；同时，使用者还可以通过直接播放鼓点音频文件的方式，声音信号通过机器人的输入机构，具体为位于耳部的麦克风，转化为电信号，再同样地将电信号传输至机器人的主控制器，由主控制器进行架子鼓曲识别；同样地，使用者也可以通过摄像头令机器人扫描标准纸质谱的方式，通过视觉传导将视觉信号转化为电信号。无论何种方式，输入信号都将经过转化，作为电信号传递给主控制器。

主控制器识别鼓点完毕后进一步封装鼓点的电信号，将该电信号传递至下级的辅助控制器，该辅助控制器主要控制机器人结构中更下级的各个驱动结构中的舵机，最后由舵机将电信号转化为操作信号，操作信号可以驱动驱动机构中的手部、臂部、腿部等关节，驱动机器人演奏出刚刚识别的鼓点音频。

机器人采用仿人形设计，机器人的头部和臂部驱动机构有转向和行进功能，装有可充电的蓄电池，蓄电池采用有线或无线充电方式。头部装有输入机构和语音结构，方便机器人对识别鼓点的情况及时向使用者反馈，以及进行教学。

驱动软件为专用移动通信软件，有移动、语音、演奏功能。机主可以通过键盘或触摸屏幕设定操控人员(访问人)权限、移动权限、语音权限和演奏权限，也可以通过外置按钮随时快速开关上述权限。

本实用新型架子鼓演奏机器人可以实现输入声频、纸质谱形式的鼓点节奏，自动识别输入的音频信号或视觉信号，将其转换为控制信号，进行即兴演奏音乐。

Claims (9)

1.一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述智能架子鼓演奏机器人采用仿人形设计并座设于电动升降座椅上，其包括驱动机构、输入机构、控制机构和供电机构；所述供电机构为机器人供电；所述控制机构包括主控制器和辅助控制器，所述主控制器的输入端连接输入机构，主控制器的输出端连接辅助控制器，所述辅助控制器连接驱动机构；所述输入机构包括麦克风和摄像头，所述麦克风用于将外部的鼓点信号转化为内部电信号并传输给主控制器以进行分析和分类，所述摄像头用于通过识别标准纸质谱上的鼓点，收集视觉信号，并将视觉信号转化为电信号传输给主控制器进行分析和分类；所述驱动机构包括手部、臂部、头部、腿部的关节活动结构，所述关节活动结构通过舵机进行控制，所述舵机连接辅助控制器，所述辅助控制器用于通过接收主控制器的指令以控制舵机动作，从而实施演奏操作。

2.如权利要求1所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述控制机构的主控制器采用主频为1.2GHz的ARM Cortex-A53架构的四核处理器，具有多个外接接口用于连接其他机构。

3.如权利要求2所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述主控制器上还设有无线WIFI/BLE电路。

4.如权利要求1所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述控制机构的辅助控制器采用ARM核Cortex-M4系列芯片。

5.如权利要求1所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述舵机采用PCA9685舵机。

6.如权利要求1所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：还包括语音机构，所述语音机构连接控制机构的主控制器。

7.如权利要求6所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述语音机构包括扬声器，所述扬声器设于机器人的嘴部。

8.如权利要求1所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述麦克风设于机器人的耳部，所述摄像头设于机器人的眼部。

9.如权利要求1所述的一种智能架子鼓演奏机器人，其特征在于：所述供电机构包括同步整流的降压稳压模块，其由高效率大电流的降压芯片TPS40057和TPCA8016-H场效应管构成，用于将输入为9～35V的电压稳压至5V，且输出电流达到5A。

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