九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明侧於-麵人形演奏提琴機械人，特別是指一種可 全自動化演奏提琴的擬人形機械人。 【先前技術】 她按，ΐ琴是一種以弓拉弦的擦弦樂器，是現代弦樂器中佔重 =位之“，包財小提琴、中提琴、域琴和低 小提琴最錄迎及注目。小提琴魏代弦綠中最重要 =曰樂器。由於它的旋律優美、音域寬廣，節奏與音色的變換 能演奏抒情的小曲，也可演奏令人振奮的華麗樂章，使 ί ^度的鮮柄，又能充分纽音樂情感。因 鋼琴或其他伴奏樂器，成為理相的獨奏樂器^奏更了減 自17世、’’己以來，小提琴一直在西方音^ ^ 百年的演進，在許多製琴家的改良與演奏者的: I最’成為所有交轉、_及室内樂 :取重要的㈣之-。小提琴的特色在於音域寬廣、表現 =不但可以演奏持續的長音，也可以利用弓的任一部位進行小 ，的快速短弓演奏，甚至可以利用跳弓、頓弓、抛弓等技巧產 極短促的樂音。藉由各種技巧提琴林但可贿娓演奏出抒 情、浪漫^旋律’又能財力的表現出歸、活潑的曲風。 的士 ^提Γ之立體圖如第—圖所示，琴身10由大約70多塊不同 蚊組、’琴頭11為漩渦狀，配有四個錐形弦栓12，用以調 2四=，13的㈣度。琴頭11鮮頸14採關—塊木獅 員4上方固定一塊弧形指板15。琴弦13 -端固定於琴栓 ==11 指板15上方，跨過琴橋丨6，再與後弦枕 接σ #曰板15前端較窄，可讓，，窗蛊本& 琴弦13，以控制音調。指板15末端變寬，使跨手過手哭指在f上按壓 13有較寬間隔，再配合琴橋16的弧面設計，方1 ^ 13 ^ ^ 13 -共有四根，從細到粗依次是£弦 3 相差五個全音。藉由指板15按二ί變每Γ 琴弦13都能奏出完整的兩個八度音。 二，母根 :用來演奏高昂的曲調，或用以模擬女高的=二 =是::r’常用來表現渾厚的跡= 二-V广:地變換音階，或使用各種裝飾音，配 t適，表現出單音、雙音，甚至三個音以上的:;樂 作爽持住琴身依靠以 置 ”。的構造如第二圖所示，包含木質弓桿21及；毛1;二， 弓=:’尾端，· 23，可以控制弓止Μ的位置 弓手22场馬尾，—端固定於弓尖25，另—端固定於 使用前’可依演奏者的需求旋轉該螺旋紐23，藉弓止24。 的鬆緊度。琴弓20與琴弦13的摩擦運動，決 ^ 運弓的技巧包含基本弓法、頓弓、換弦、跳弓、拋弓等都常貝用 量的大小，也影響音㈣展現。因此，演奏者—般將左 匠，右手視為藝術家。亦即，左手專獅，藉由精準的指^變 換與綿密的揉弦技巧來美化音頻；同時利用右手揮弓，藉由從 谷、瀟麗的速度變化，配合展現適時、合宜的力道，可以完全控 制樂曲的行進，並充分展現曲風。 詳析小提琴的演奏技巧可分類為「按弦控制」與「弓法控 制」兩大類。其中，按弦控制必須考慮兩個重點，第一個重點 為曰準的控制，第二個重點則在於音色的控制。在音準控制方 面，小提琴的指板15為一種弧形且前窄後寬的曲面結構❶其俯 視圖如第三圖所示，在第三圖中，以G、D、A、E代表四條弦的 名稱’（0H22)代表每條弦上的音階，㊉代表按指的位置。在 單一條弦上從⑻變化到（22)…共可包含兩個八度音階。如第 三圖可知，若僅考慮G、D、A等三條弦，且分別自G⑸、d(〇) 依序變化到A⑶’則可取得一組標準八度音的音階（亦即 G(5) Do . D(0)=Re > D(2)=Mi > D(3)=Fa ^ D(5)=Sol > A(0)=La > A(2)=Si、A(3)=D〇)。其間，G⑹為D〇#(升半音），d⑴為㈣(降 半音），D⑷為Fa#(升半音）’以此類推。 當真人(即演奏者)演奏小提琴時，係運用左手四個手指在 ⑼至第⑺排位置上按弦，稱為第—把位。此時，左手手腕靠近 ^頭，食指游動於第⑴與第⑵排的位置’中指負責第⑶與第 無名指按第⑸排，小指負責第⑹與第⑺排。當音产 免=奏者料移動左手手腕。當食指變制第⑶拼位 声^冉為第二把位的按弦法。音階的位置常隨著樂曲的複雜 所不同。一首簡易的曲子，音調起伏平緩，音階的變化 1321484 大約落於第一把位的範圍内。但是，較為複雜的演奏用的曲目， 音階的變化往往超越兩個八度音階，高音位置亦超過E(7)，必 須採用其他把位的方式按弦。因為人類的手部具有多個自由 度’所以手指可以㈣的變換位置…個技巧熟練提琴家更是 能夠快速準麵義左手钱，使手指舰樂譜㈣奏速度而 按j正確位置。一般而έ，節奏的掌握與音準的拿捏，常常是 演奏成功的必要條件。 按弦控制的第二個重點在於控制音色。常用的方法，稱為 揉弦。演奏者首先要財指緊按絲，再靠著手關擺盪帶動 手指’使手指在按錄置上微幅鶴，#由這種技巧，提琴會 產生快速的抖音，其絲在於柔緩縣的純音，並可使聲音表 現的較為優美。
，3法控制」方面，小提琴的弓法相當繁複，運弓的技工 二，本弓法、換弦、頓弓、跳弓、拋弓等。所謂基本弓法，） j在弦上來瞒雜，所需考慮的參數必須包含^的力道 ^與接觸部位。在連續的樂音中，更需考慮上弓與下弓的軸 弓尾，食指、無名指、小指則分別搭在兩邊。運弓時t t肩利力，手腕要輕。在單-弦上摩擦時，除了要確保弓在— 條直線上運動外，遇到上、下弓沾㈣ 週運動’以利弓的運動順暢。食指:運弓的=用== :!相當重要。尤其在弓尖的技奏時，更需注意食指的：： 確保音質繼。細柯細__絲產生: 1321484 須進行換弦的動作。第四圖所 上運動的角度。由阁u A £等四條弦 時摩擦到不同的弦運弓的角度稍有給，則可能同 弦換到另-條弦時，;的干涉並發出雜音。當弓自-條 練習至確保換弦時弓碰撞、敲擊等現象。因此，如何 小提哭絲D 即為演奏小提琴本弓法。 秀的演奏者可、以職==，=，更要能表現情感。-位優 維。因此，小提琴的㈣小提琴來唱出人類的思 各種提灵的，m比奏贼獲界許多人的喜愛，連帶地， 7 W、、白深受注目及重視。本發明人本身即深愛專 備按=運=技；;機械人’使其具 ==，:將!-個相當編：=度而 Γ更請案。今，本發明人秉持精益求精之精神， 工藝技術及健可達更高境界。 奏知琴機械人，使此種 【發明内容】 緣是’本發明之主要目的’即在提供一種擬 ^擬3彳Γ—擬人频械人之裝魏合程式之控制== 致模擬人類姿態與情感並全自動化演奏提琴之作用功效。運 由一上述目的，本發明為一種擬人形演奏提琴機械人，係 π植成1Γ :按弦系統’一揮弓系統及—麵控制系統所共 同、·且成，其中，該頭頸肩部可區分成-頭部、-頸部、一肩部、 一肩墊及-立架，該立架係站立，上方依序即為該肩部、頸部和 8 組成，該躲設於彻部翁，藉—軸心 二===定，_上設有左、右定：， *^供&琴琴身尾k置人，叫到絲之作用，再由 托靠住琴身頂面魏、托’以μ提琴；該按弦'系 臂二 於該頭頸肩㈣—側，於該立架上接設一旋 八尾k-姻設-支辟，該支辟上設有—辦列式氣壓 2，下方則有—托架’以供提琴的琴頸抵靠在該托架上；該揮 …统係以-立架站立於該頭頸肩部的另一側，並由多數馬 =連桿而y夾持琴弓作出揮弓之動作，使琴弓在琴弦上擦弦^ 〜，該電腦控儀祕所演奏樂曲的指法與$法等樂譜資料轉為 控制時序命令’並運用電腦介面技術控繼按絲統與揮弓系統 的動作，以進行全自動提琴演奏。 在上述發明中’触_式氣壓裝置係由多數單動式氣壓缸 又照提琴各弦的音階位置安袭於同一面板上而構成。 、在上述發明中’該頭頸肩部的頭部的右側設有-CCD，用來 檢測琴弓與琴弦的接觸位置。 ，供檢測 在上述發明中，該頭頸肩部的頭部配置一具收音器 提琴的聲音訊號。 „。在上述發明中，該揮弓系、统失持琴弓之部位設置有-力感測 器’以感測琴弓的反作用力。 【實施方式】 關於本發明為達成上述目的’所採用之技術手段及可達致 之功效，錄町較佳可行實_配合關詳述於后，俾利完 全瞭解。 因為本發明係—種擬人形演奏提琴機械人，故實際適用的 1321484 領域會含糾、提琴、巾赌、大提琴和低音提料之提琴類群 族。惟為方便作綱’本發明實施娜舉獅於小提琴演奏為 例’相信任何熟知此項技藝之人士，皆清楚瞭解在相同技術領 域及構造組成’以及相同作簡理下，本發明之發明實質及精 神當然可推及於各種提琴同樣適用，謹先陳明。 、 如第五圖所示，本發明實施例即係一擬人形演奏提琴機械
人3 ’構造組成上可區分成頭頸肩部3〇、按弦系統及揮弓系 統5〇三大部分。接著’請配合參閱第六圖所示，該頭頸肩部30 包括：-頭部3卜-頸部32、—肩部33、—心私及一立架 35，其中，該立㈣係可站立著，上方依序_部犯、頸部 甘和頭部31之域，刪部33前柳卜可轉_肩塾34, 於-* 331上故可觸，並可於任意選定之角度時， 予以方疋緊固定，使之不再轉動； 塊34卜342，盆間之f _ 係叹有左、右疋位
〃 即供小提琴的琴身10尾端置入，以受 降夺之作用，然後藉由該頸部32的偏轉使該頭部31逐漸下 由:頭^_抵靠到該琴身ig上的峨19，如此 :等左、右疋位塊341、342與頭部31左腿共同夹持使 小k琴找固定(如第五、六圖所示）。 在該頭部31的右側設有一 CCD，用來檢 觸位置’另辆部左触置 …_接 訊號0 、收9态，供檢測小提琴的聲音
10 S 1321484 該立架35的左前方設置該按弦系統4〇，請配合參閱第五、 7斤不’其係在—絲41上依序接設第—連桿犯及第二連 干。，而共同形成-懸臂，在該第二連桿43的尾端一側固設一 樓架44 ’該支撐架44上設有-轉列式賴裝置奶，盆係 由多數單動式氣虔缸(規格以4刪者為宜），依照小提琴各弦的 音階位置安裝於同-面板上而構成；$，在該等_式氣壓裝 置二5下方有一托架46存在’使用時，小提琴10的琴頸14即 抵靠在該托架46上，刻、提琴1G各琴弦13的音階位置分別對 正該等氣敎’故安糾必_先校騎錢壓域小提琴 之指板15的相對位置及距離，_可確保氣壓缸下科按弦的音 準。因為該等由第-連桿42、第二連桿43所構成的懸臂及支撐 架44均為固定位置，故只需校正該等氣壓虹之位置及控制其下 降距離之正確，即可達成正確按弦之作用。 ^ 本發明實施例中的揮弓系統採用二種機構設計，第一種請 配合參閱第五、人圖所示，該揮弓系統5G由—立架51站立於 該立架35的右側，該立架51上由一第一馬達52控制一結合塊 521的昇降動作，該結合塊521的前端則樞接一第一連桿， 並由-第二馬53控制該第-連桿531的上下揚擺動作，及由 -第三馬達54控綱第-連桿531的左右搖擺動作；該第一連 桿531的前端端頭復樞接一第二連桿551，並由—第四馬達 控制該第二連桿551的左右搖擺動作；該第二連桿mi的前端 11 1321484 端頭處則極接-夾持塊56卜並可由-第五馬達56控制該夫持 塊561的左右搖擺動作。請比較第五、八圖所顯示，該夫持塊 561可由該第五馬達56調整耳左右位置，以與第二連桿551丑 同夾持住琴弓20，然後可由該第一馬達52調整該結合塊52| 的高低位置，以及由該第二馬達53調整該第一連桿531的上下 揚擺角度’同時由該第三馬達54調整該第一連桿531的左右位 置，再由該第四馬達55控制調整該第二連桿551的左右位置。 如此多重調整啊連動下，可使鱗；20很適當地跨於琴弦13 上，並可以作弧肋作去針對選定的絲13作觸擦弦並即時 換弦改變之，亦即該揮弓系統5〇可以帶動琴弓2〇作三度空間 内的立體移動，而非僅在—平__而已。若進_步分析， 則係由馬達52、53 gi合控制’以執行換錄作與調整對琴弓 的施力，在此種設計下’則更可在夾持塊561與第二連桿55ι 樞絲上設置-力感測器57，以感測琴弓2()的反作用力，憑以 調整該等馬達52、53的動作；另即由該等馬達54、55、56共 同執行揮弓_作’其係使該琴弓2{)瞬時在一直線上行走。 揮弓系統」的第二種機構設計如第九圖所示，其揮弓系 統50同樣由-第-馬達52，與—第二馬達53，共同配合控制一 結合塊521，與樞接的l型連桿531，執行換弦動作與調整對琴弓 20的施力’而該L型連桿531，前端則設置一線性驅動器54，以 作線性式祕軸；在該祕蝴胃54‘的前賴設有一組平行
12 連―機構55’ ’該平行連桿機構55,於-側可供夾持琴弓20，並 可由一第二馬達56’控制其微調進退動作，以此達成進行短弓運 動的控制。另m統5’在平行連桿機構π，上裝設兩組力感 、·】器57，以感測琴弓2〇的反作用力，以作伺服性調整控制， 使琴弓2〇揮3時的錄及力道祕持在最適宜狀態。
本發明整體的裝配使用即如第五圖所示，該揮弓系統5〇與 按弦系統4G分位該頭輔部扣的二側，該麵肩部3〇和按弦 系統4〇共同穩固夾持住小提琴10，而揮弓系統5〇則夾持住琴 弓20，並使琴弓20斜向越過小提琴1〇上方，其姿態與真人演 奏般完全相同。然後該按弦系統4〇和揮弓系純5〇(或兄，)二者 的動作都由一電腦控制系統所控制。
本發明實施例整體的使用及控制流程即如第十圖所示。首 先’本發明必須分析樂譜’並將指法與弓法等樂譜資料轉為控 制時序命令，再以前所述及的CCD、收音器與力感測器 57等之細職絲礎’設計對應於_喊的控制法則，並 運用電腦介面技術控制揮弓系統5〇或5〇，與按弦系統4〇的動 作。而在進行控制動作(即演奏)之同時，本發明即藉由該ccd 的實測，及藉由收音器的收音，以及該等力感測器57或的 感測’可將訊號回授給該電腦控㈣統，藉以迅逮比對運算以 調整按弦系統40及揮弓系統5〇、50,的釭从^ 的動作，使達成優美的演 奏品質》 、
13 ί S 由以上說明可知，本發明係由頭頸肩部30、按弦系統4〇 及揮弓祕5G制域擬人_奏提琴之機械人3，再結合電 腦控制系統的配合’即可進行全自動演奏小提琴的演奏動作。 综上所述，本發明以擬人形演奏提琴機械人而完全達成所 預期自動化演奏小提琴的發明目的。而在相__域及作用 ^理下’本發a㈣擬人形演奏提琴機械人當朗樣可對不同的 提7 (例如.中提琴、大提琴及低音提琴等）進行自動化演奏， 所以本發_侧應肢於提物之樂器，實為毋庸置疑。本 毛月擬人形,寅奏提琴機械人完全不曾見諸昔時,且深具實用價 值及產業侧性’所以完全符合成立發明專利之要件，麦請依 法准予發明專利’實為德便。 【圖式簡單說明】 第一圖所示係小提琴之構造示意圖 第二圖所示係琴弓之構造示意圖 第三圖所示係小提琴指板的音階位置示意圖 第四圖所示係小提琴揮弓時琴弓與琴弦的關係示意圖 第五圖所不係本發明實施例整體組成構造示意圖 第六圖所示係本發明實施例中頭頸肩部的構造示意圖 第七圖所示係本發明實施例中按弦系統的構造示意圖 第八圖所示係本發明實施例中第一種揮弓系統的構造示意圖 第九圖所示係本發明實施例中第二種揮弓系統的構造示意圖 第十圖所示係本發明實施例整體之使用及控制流程方塊圖 1321484 【主要元件符號說明】 10—琴身 13—琴弦 16—琴橋 19—肥托 22---弓毛 25—弓尖 11—琴頭 14——琴頸 17弦枕 20---琴弓 23---螺旋鈕 12---弦栓 15—指板 18—拉奏區 21—弓桿 24---弓止 3 —擬人形演奏提琴機械人 ❿ 31—頭部 331—轴心 342—右定位塊 41---立架 44—支撐架 521 第一連桿 -第二連桿 30---頭頸肩部 33—肩部 341—左定位塊 40---按弦系統 43---第二連桿 45—陣列式氣壓裝置 50、50’---揮弓系統 52、 52’---第一馬達 53、 53’—第二馬達 531— 55—第四馬達 551-561―-夾持塊 57、57’-32——頸部 34— 肩塾 35- --立架 42---第一連桿 46---托架 51—立架 521’---結合塊 54—第三馬達 56—第五馬達 力感測器53Γ---L型連桿 54’—線性驅動器 56’—第三馬達 55’—平行連桿機構 15