KR20170094828A - 현악기 연주 로봇 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력된 미디 음원(MIDI Sound Source)을 사용하여 실제 연주자가 현악기를 연주하는 것과 동일한 연주기법으로 현악기를 연주하는 로봇에 관한 것으로, 미디(MIDI) 음원 입력장치로부터 현악기 연주를 위한 미디(MIDI) 음원을 변환 및 제어하는 로봇 컨트롤러; 상기 로봇 컨트롤러의 제어신호로 복수의 서보액추에이터의 작동을 제어하는 모터 드라이버; 상기 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕겨 진동을 발생시키는 복수의 스트로크용 서보액추에이터, 및 상기 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕기는 깊이를 조절하는 작동부를 작동시키기 위하여 회전력을 발생하는 강약조절용 서보액추에이터를 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 모터 드라이버와 스트로크용 서보액추에이터와 강약조절용 서보액추에이터에 의한 작동부의 작동으로 현악기의 현을 단순히 튕기는 것과 더불어 강약을 조절할 수 있도록 함으로써, 현악기의 소리를 내는 부분의 진동세기의 변화와 음의 고저 변화로 음색의 변경이 가능하여 현악기를 이용한 독주를 비롯하여 다양한 합주나 공연 등에서 실제 현악기 연주자가 연주하는 것과 동일한 음이 발현되도록 한 것이다.

Description

현악기 연주 로봇{Robot for play Stringed Instrument}
본 발명은 현악기를 연주하는 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력된 미디 음원(MIDI Sound Source)을 사용하여 실제 연주자가 현악기를 연주하는 것과 동일한 연주기법으로 현악기를 연주하는 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 데이터 전송규격의 하나로서 MIDI(Musical Instrument Digital Interface)는 모든 전자악기에서 사용할 수 있는 공통언어이다. 더욱이 미디 음원은 시퀀스 소프트웨어를 사용해서 음을 울리는 미디 악기의 음원이다. 구체적으로는 사람의 손으로 조작하는 미디 악기와 미디 신호로 조작하는 미디 음원 모듈이 있으며, 흔히 미디 음원 모듈을 줄여서 음원 모듈이라 부른다. 음원 모듈의 대부분은 동시에 복수 악기 군이 연주를 하는 멀티 팀버 타입(Multi-Timber Type)으로, 음성 합성 방식에 따라 FM 음원, PCM 음원 등으로 분류할 수 있다.
현악기, 예를 들어, 기타나 전자기타 또는 만돌린이나 우쿨렐레 등의 발현악기는 현을 튕겨서 발생되는 진동으로 음을 발생하는 것으로 대부분 공명기를 갖추고 있다. 발현악기는 현을 튕기기 위한 작은 조각인 피크(Pick)를 이용한다.
종래에 발현악기를 연주하는 장치 또는 로봇은 현의 개수만큼의 피크가 구비되어 해당하는 현을 튕길 수 있도록 하고 있다. 그러나 이러한 장치나 로봇은 발현악기를 연주하기 위한 피크의 높낮이가 고정되어 있어 자유로운 연주는 가능하지만 동일한 음의 세기조절은 불가능한 실정이었다. 이로 인하여 실제 음원과는 다소 상이한 연주가 이루어지는 문제가 있었다. 더욱이 연주자가 일정 시간 이상으로 발현악기를 연주를 할 수 없는 문제도 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1315222호(2013.10.14., 공고)
본 발명은 상기 실정을 감안하여, 입력되는 미디 음원을 사용하여 현악기의 복수 현을 튕기는 세기를 조절할 수 있도록 하여 현악기의 연주를 수행하는 로봇을 제공하기 위한 것이 목적이다.
또한, 본 발명은 현악기의 현을 튕겨는 스트로크용 서보액추에이터와 현을 튕기는 세기를 조절하는 강약조절용 서보액추에이터를 적용한 로봇으로 현악기의 연주가 완벽하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 다른 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 미디(MIDI) 음원 입력장치로부터 현악기 연주를 위한 미디(MIDI) 음원을 변환 및 제어하는 로봇 컨트롤러; 상기 로봇 컨트롤러의 제어신호로 복수의 서보액추에이터의 작동을 제어하는 모터 드라이버; 상기 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕겨 진동을 발생시키는 복수의 스트로크용 서보액추에이터, 및 상기 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕기는 깊이를 조절하는 작동부를 작동시키기 위하여 회전력을 발생하는 강약조절용 서보액추에이터를 포함하여 이루어진 현악기 연주 로봇을 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 작동부는, 상기 강약조절용 서보액추에이터와 축 결합되어 정역회전하는 피니언과, 상기 피니언과 치합되어 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 랙과, 상기 랙이 고정 결합되는 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트 상단 표면 양측에 각각 고정 결합된 리니어가이드와, 상기 리니어가이드를 따라 전후 이송되는 리니어블록, 및 상기 리니어블록 상단에 고정 결합된 리니어가이드플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 복수의 스트로크용 서보액추에이터 양측면에는 고정플레이트로 스트로크용 서보액추에이터가 고정 지지되고, 복수의 스트로크용 서보액추에이터 단부에는 연결부재를 통해 피크가 각각 결합되며, 상기 고정플레이트에는 모터베이스와 브래킷이 고정 지지되고, 상기 강약조절용 서보액추에이터 외주에는 커버가 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 현악기를 수용하고 복수의 브래킷으로 고정 지지하는 고정장치와, 상기 로봇 컨트롤러의 제어신호로 현악기의 현을 운지법에 따라 운지하는 운지장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 로봇 컨트롤러에 로봇으로 현악기 연주를 위한 설정 및 작동 상태를 가시적으로 표시하는 모니터가 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 모터 드라이버와 스트로크용 서보액추에이터와 강약조절용 서보액추에이터에 의한 작동부의 작동으로 현악기의 현을 단순히 튕기는 것과 더불어 강약을 조절할 수 있도록 함으로써, 현악기의 소리를 내는 부분의 진동세기의 변화와 음의 고저 변화로 음색의 변경이 가능하여 현악기를 이용한 독주를 비롯하여 다양한 합주나 공연 등에서 실제 현악기 연주자가 연주하는 것과 동일한 음을 발현한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시 예로, 현악기 연주 로봇 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 현악기 연주 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 현악기 연주 로봇을 나타낸 분리사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 현악기 연주 로봇을 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 현악기 연주 로봇의 결합 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 현악기 연주 로봇의 결합 상태를 나타낸 측면도이다.
이하 본 발명에 따른 현악기 연주 로봇에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서, 현악기 연주 로봇 컨트롤러(110)는 미디(MIDI) 음원 입력장치(100)로부터 현악기 연주를 위한 미디(MIDI) 음원을 변환 및 제어하는 것이다. 로봇 컨트롤러(110)는 로봇을 제어하는 프로그램이나 소프트웨어가 설치된 데스크톱 컴퓨터나 노트북 등을 포함한다. 더욱이 미디 음원 입력장치(100)는 로봇 컨트롤러(110)에 저장되어 있거나 통신망을 통하여 실시간으로 미디 음원을 수신할 수 있을 것이다.
현악기 연주 로봇 컨트롤러(110)는 미디 음원에 포함된 속성을 추출 및 변환하여 모터를 구동시키는 모터 드라이버(130), 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕기는 스트로크용 서보액추에이터(140)와 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕기는 깊이를 조절하는 작동부(160)를 작동시키는 강약조절용 서보액추에이터(150)를 각각 제어한다. 또한, 상기 로봇 컨트롤러(110)에는 로봇으로 현악기 연주를 위한 설정 및 작동 상태를 가시적으로 표시하는 모니터(120)가 연결된다. 그리고 현악기에 구비된 복수의 현을 미디 음원에 따른 운지법에 따라 운지하는 운지장치(170)를 포함한다. 더욱이 스트로크용 서보액추에이터(140)와 강약조절용 서보액추에이터(150)에는 정역회전이 가능한 모터가 각각 적용되고, 모터는 서보모터나 스테핑모터가 적용되는 것이 좋다.
도 2 내지 도 4에서, 스트로크용 서보액추에이터(140)는 모터 드라이버(130)의 제어신호로 정역회전하면서 현악기의 현을 튕겨 진동을 발생시키는 것이다. 스트로크용 서보액추에이터(140)는 현악기의 현의 개수만큼 복수로 구비된다. 복수의 스트로크용 서보액추에이터(140) 양측면에는 알루미늄 재질의 고정플레이트(141)로 스트로크용 서보액추에이터를 고정 지지한다. 스트로크용 서보액추에이터(140)를 고정 결합하는 고정플레이트(141)에는 모터베이스(151)가 결합되고, 모터베이스는 브래킷(152)에 고정 결합된다. 즉 현악기가 예를 들어, 기타인 경우에 6개의 스트로크용 서보액추에이터(140)가 포함되되, 3개의 스트로크용 서보액추에이터(140)를 고정플레이트(141)로 일체화시킨다. 따라서 어느 하나로 일체화된 스트로크용 서보액추에이터(140)는 1, 3, 5번의 현을 스트로크하고, 다른 하나로 일체화된 스트로크용 서보액추에이터(140)는 2, 4, 6번의 현을 스트로크 할 수 있도록 한다. 더욱이 일체화된 스트로크용 서보액추에이터(140)를 1, 2, 3번의 현을 스트로크하거나 또는 4, 5, 6번의 현을 스트로크 할 수 있도록 일체화시킬 수도 있을 것이다. 복수의 스트로크 서보액추에이터(140) 단부에는 연결부재(142)로 피크(3)가 각각 결합된다. 한 쌍의 스트로크용 서보액추에이터(140)를 각각 고정 결합하는 고정플레이트(141)에는 브래킷(152)이 일정 간격을 두고 고정 결합된다.
강약조절용 서보액추에이터(150)는 모터 드라이버(130)의 제어신호로 현악기의 현을 튕기는 깊이를 조절하는 작동부(160)를 작동시키기 위하여 회전력을 발생하는 것이다. 그리고 강약조절용 서보액추에이터(150) 외주에는 커버(167)가 결합된다.
작동부(160)는 강약조절용 서보액추에이터(150)의 정역회전운동을 스트로크용 서보액추에이터(140)에 전달하는 것이다. 작동부(160)의 피니언(161)은 강약조절용 서보액추에이터(150)와 축 결합된다. 그리고 랙(162)은 피니언(161)과 치합되어 회전운동을 직선운동으로 변환시킨다. 더욱이 랙(162)은 베이스플레이트(163) 상단에 고정 결합된다. 베이스플레이트(163) 상단 표면 양측에는 리니어가이드(164)가 각각 고정 결합되고, 리니어가이드에는 리니어블록(165)이 결합되어 리니어가이드를 따라 전후방향으로 이송된다. 또한, 각 리니어블록(165) 상단에 리니어가이드플레이트(166)가 고정 결합된다. 리니어가이드플레이트(166) 상단에는 고정플레이트(141) 및 브래킷(152)이 고정 결합된다.
도 5 및 도 6에서, 고정장치(10)는 현악기(1)를 수용하고 복수의 브래킷(11, 12)으로 현악기(1)가 움직이지 않도록 고정 지지하되, 현악기(1)의 진동이나 소리통의 울림이 자유롭게 이루어지도록 한다. 또한, 운지장치(170)는 로봇 컨트롤러(110)의 제어신호로 현악기(1)의 현(2)을 미디 음원에 따른 운지법에 따라 운지하는 것이다. 운지장치(170)는 각 현(2)마다 현의 위치에 따라 각각 현을 누를 수 있는 복수의 솔레노이드나 공압실린더 등이 적용되는 것이 좋다.
다음으로 본 발명에 따른 현악기 연주 로봇에 관한 작동을 설명한다.
현악기 연주 로봇의 고정장치(10) 내부에 해당하는 크기 및 모양의 현악기(1)를 각각 삽입한 후 복수의 고정브래킷(10, 11)으로 고정하고, 스트로크용 서보액추에이터(140)와 일체 결합된 강약조절용 서보액추에이터(150) 및 작동부(160)를 현(2)을 스트로크 할 수 있도록 위치시키며, 운지장치(170)도 현(2)을 운지할 수 있는 위치에 고정시키는 것이 좋다.
현악기 연주 로봇의 결합이 완료되면, 현악기 연주 로봇 컨트롤러(110)에 미디 음원 입력장치(100)로부터 미디 음원이 입력되도록 한다. 이때, 모니터(120)를 포함하여 키보드나 마우스 등을 이용하여 현악기의 연주를 위한 미디 음원의 선택이나 입력과 더불어 음색이나 연주기법 등을 선택할 수 있다.
현악기 연주 로봇 컨트롤러(110)는 입력된 미디 음원을 변환하여 모터 드라이버(130)에 의하여 해당하는 복수의 스트로크용 서보액추에이터(140)와 더불어 강약조절용 서보액추에이터(150)를 각각 제어하도록 한다. 이때, 스트로크용 서보액추에이터(140)는 해당하는 현(2)을 튕기기 위하여 해당하는 스트로크용 서보액추에이터(140)가 정회전 또는 역회전된다. 더욱이 피크(3)가 현(2)을 스트로크 할 때에 걸리는 깊이를 조절하기 위하여 모터 드라이버(130)는 강약조절용 서보액추에이터(150)에 제어신호를 전송한다.
따라서 피크(3)가 현(2)에 깊게 삽입된 후에 스트로크하기 위하여 강약조절용 서보액추에이터(150)가 정회전하는 경우에 강약조절용 서보액추에이터(150) 축에 결합된 피니언(161)이 정회전하게 되고, 피니언과 치합된 랙(162)을 따라 피니언이 전진하게 되어 강약조절용 서보액추에이터(150)가 모터베이스(151) 및 브래킷(152)을 밀게 되며, 베이스플레이트(163) 상단에 고정 결합된 리니어가이드(164) 위의 리니어블록(165)이 전진하여 리니어가이드플레이트(166)가 스트로크용 서보액추에이터(140)를 밀어 피크(3)가 현(2) 사이 내부로 깊게 위치하도록 한다. 이와 반대로 피크(3)가 현(2)에 얕게 삽입된 후에 스트로크하기 위하여 강약조절용 서보액추에이터(150)가 역회전하는 경우에 강약조절용 서보액추에이터(150) 축에 결합된 피니언(161)이 역회전하게 되고, 피니언과 치합된 랙(162)을 따라 피니언이 후진하게 되어 강약조절용 서보액추에이터(150)가 모터베이스(151) 및 브래킷(152)을 당기게 되며, 베이스플레이트(163) 상단에 고정 결합된 리니어가이드(164) 위의 리니어블록(165)이 후진하여 리니어가이드플레이트(166)가 스트로크용 서보액추에이터(140)를 당겨 피크(3)가 현(2) 사이 내부에 얕게 위치하도록 한다. 따라서 모터 드라이버(130)의 제어로 강약조절용 서보액추에이터(150)의 정역회전으로 작동부(160)의 전진 또는 후진이 이루어진 상태에서 스트로크용 서보액추에이터(140)가 작동하면 해당하는 위치의 피크(3)가 현(2)을 스트로크 하면 현의 진동이 달라진다. 그러므로 모터 드라이버(130)의 제어로 스트로크용 서보액추에이터(140)와 강약조절용 서보액추에이터(150) 및 작동부(160)의 작동으로 현악기(1)의 현(2)을 스트로크 하는 강약이 조절되어 다양한 음색 및 자유로운 연주가 가능해진다. 이와 더불어 설정된 연주기법에 따라 미디 음원이 실제 사람이 현악기를 연주하는 것과 동일한 기능을 재현함으로써 동일한 효과의 음을 구현할 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명은 현악기 연주 로봇 컨트롤러에 의하여 운지장치 및 모터 드라이버의 제어로 복수의 현으로 이루어진 발현악기의 각 현을 스트로크용 서보액추에이터의 정역회전으로 진동을 낼 수 있을 뿐만 아니라 강약조절용 서보액추에이터 및 작동부의 작동에 의하여 현의 진동세기를 변화시켜줄 수 있고, 이로부터 낮은 음과 높은 음에서 변화가 발생하면 설정된 프로그램을 통하여 음색의 변경이 가능하다. 또한, 본 발명의 현악기 연주 로봇은 실제 현악기 연주자가 연주하는 동일한 연주기법으로 현악기를 연주할 수 있도록 함과 더불어 장시간동안 현악기를 연주할 수 있고, 다양한 악기를 연주하는 로봇들과 합주를 통한 무인의 공연 및 이벤트가 가능한 장점이 있다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 현악기 2: 현 3: 피크 10: 고정장치 11: 고정브래킷 100: 미디 음원 입력장치 110: 로봇 컨트롤러 120: 모니터 130: 모터 드라이버 140: 스트로크용 서보액추에이터 141: 고정플레이트 142: 연결부재 150: 강약조절용 서보액추에이터 151: 모터베이스 152: 브래킷 160: 작동부 161: 피니언 162: 랙 163: 베이스플레이트 164: 리니어가이드 165: 리니어블록 166: 리니어가이드플레이트 167: 커버 170: 운지장치

Claims (5)

  1. 미디(MIDI) 음원 입력장치로부터 현악기 연주를 위한 미디(MIDI) 음원을 변환 및 제어하는 로봇 컨트롤러;
    상기 로봇 컨트롤러의 제어신호로 복수의 서보액추에이터의 작동을 제어하는 모터 드라이버;
    상기 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕겨 진동을 발생시키는 복수의 스트로크용 서보액추에이터, 및
    상기 모터 드라이버의 제어신호로 현악기의 현을 튕기는 깊이를 조절하는 작동부를 작동시키기 위하여 회전력을 발생하는 강약조절용 서보액추에이터를 포함하여 이루어진 현악기 연주 로봇.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 작동부는,
    상기 강약조절용 서보액추에이터와 축 결합되어 정역회전하는 피니언과,
    상기 피니언과 치합되어 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 랙과,
    상기 랙이 고정 결합되는 베이스플레이트와,
    상기 베이스플레이트 상단 표면 양측에 각각 고정 결합된 리니어가이드와,
    상기 리니어가이드를 따라 전후 이송되는 리니어블록, 및
    상기 리니어블록 상단에 고정 결합된 리니어가이드플레이트를 포함하는 현악기 연주 로봇.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 스트로크용 서보액추에이터 양측면에는 고정플레이트로 스트로크용 서보액추에이터가 고정 지지되고, 복수의 스트로크용 서보액추에이터 단부에는 연결부재를 통해 피크가 각각 결합되며, 상기 고정플레이트에는 모터베이스와 브래킷이 고정 지지되고, 상기 강약조절용 서보액추에이터 외주에는 커버가 결합된 현악기 연주 로봇.
  4. 청구항 1에 있어서, 현악기를 수용하고 복수의 브래킷으로 고정 지지하는 고정장치와, 상기 로봇 컨트롤러의 제어신호로 현악기의 현을 운지법에 따라 운지하는 운지장치를 더 포함하는 현악기 연주 로봇.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 로봇 컨트롤러에 로봇으로 현악기 연주를 위한 설정 및 작동 상태를 가시적으로 표시하는 모니터가 연결된 현악기 연주 로봇.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107767730A (zh) * 2017-11-17 2018-03-06 温州大学瓯江学院 一种弹奏流畅的多指法古筝弹奏装置

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