本發(fā)明涉及機(jī)器人以及教育或演示用具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型鋼琴演奏機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。當(dāng)前的機(jī)器人多用在工業(yè)生產(chǎn)中，用來替代人來實(shí)現(xiàn)固定的程序化的動(dòng)作。鋼琴被譽(yù)為“樂器之王”，其對(duì)音樂的表現(xiàn)力獨(dú)一無二，而要具有出色的演奏能力則通常需要刻苦練習(xí)若干年。如何開發(fā)出一種可以用來進(jìn)行高難度鋼琴演奏的機(jī)器人，使得它不僅可以模擬人的各種動(dòng)作，真實(shí)敲擊鋼琴琴鍵，完成一首首完美的鋼琴曲，而且還可以應(yīng)用于教學(xué)機(jī)構(gòu)、科技科普?qǐng)鲳^、娛樂場(chǎng)所、高檔商場(chǎng)等多種場(chǎng)合，展示高科技技術(shù)的同時(shí)也能陶冶公眾的情操，營(yíng)造藝術(shù)的氛圍，這就成為業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)方向。

現(xiàn)有技術(shù)中，申請(qǐng)公布號(hào)為CN105664496A的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種彈琴智能玩具機(jī)器人，但是，這種機(jī)器人是一種玩具型機(jī)器人，不具有和人類完全相同的四肢功能，也僅僅能按下特定的弧形的琴鍵，不能演奏真正的鋼琴。

授權(quán)公告號(hào)為CN204505268U的實(shí)用新型專利公開了一種用于彈琴表演的機(jī)器人，雖然該專利設(shè)計(jì)了一種類人形的機(jī)器人，且能進(jìn)行鋼琴演奏，但是該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，且控制系統(tǒng)十分繁瑣，最關(guān)鍵的是該機(jī)器人的鋼琴演奏效果很差，因?yàn)椋阂?，機(jī)器人每個(gè)手臂所能覆蓋的琴鍵有限(僅5個(gè))，且每個(gè)手臂分別負(fù)責(zé)演奏主旋律和和弦，一只手的表現(xiàn)力很差，演奏的曲目效果較為單調(diào)。二，機(jī)器人的每個(gè)手臂需要運(yùn)動(dòng)從而去覆蓋更多的琴鍵范圍，但是運(yùn)動(dòng)過程中需要較多時(shí)間，使得演奏過程中出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的停頓，從而形成錯(cuò)誤的旋律。三，眾所周知鋼琴演奏過程為手腳協(xié)調(diào)的動(dòng)作，需要演奏者的腳不停的操作鋼琴踏板，而該發(fā)明的機(jī)器人不具有腳踩踏板的功能，每一個(gè)鋼琴的音不能實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)、截止等效果，演奏效果差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可解決上述問題的新型鋼琴演奏機(jī)器人系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種新型鋼琴演奏機(jī)器人系統(tǒng)，包括底部帶踏板的鋼琴、左側(cè)機(jī)器人、右側(cè)機(jī)器人和控制系統(tǒng)，所述左側(cè)機(jī)器人和右側(cè)機(jī)器人均為類人形機(jī)器人，兩側(cè)機(jī)器人的手指均放置在靠近鋼琴的琴鍵上方且所有手指均可以相互獨(dú)立的按下或松開琴鍵；其中一側(cè)機(jī)器人的腳部放置在靠近鋼琴的踏板上方且左右腳部均可以踩下或者松開踏板；所述控制系統(tǒng)與兩側(cè)機(jī)器人電氣連接，控制系統(tǒng)用來控制機(jī)器人的手指和腳部運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人的腳部通過扭簧轉(zhuǎn)軸與其腿部活動(dòng)連接，機(jī)器人的腿部與安裝在地面上的電機(jī)固定架連接，電機(jī)固定架上安裝有腳部電機(jī)，腳部電機(jī)的動(dòng)力輸出軸上固定連接擺桿，腳部電機(jī)帶動(dòng)擺桿按壓機(jī)器人的腳部，腳部聯(lián)動(dòng)向下按壓踏板，待擺桿復(fù)位后，腳部也通過扭簧轉(zhuǎn)軸復(fù)位。

進(jìn)一步地，所述琴鍵以其中部的中央C鍵為界，分為左半部分和右半部分，琴鍵的左半部分為左側(cè)機(jī)器人的手指活動(dòng)區(qū)域，琴鍵的右半部分為右側(cè)機(jī)器人的手指活動(dòng)區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)控制器和氣動(dòng)執(zhí)行元件，伺服電機(jī)控制器通過總線與計(jì)算機(jī)連接，并在計(jì)算機(jī)的命令下控制相對(duì)應(yīng)機(jī)器人的肩部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，肩部結(jié)構(gòu)隨之帶動(dòng)機(jī)器人的手臂轉(zhuǎn)動(dòng)；氣動(dòng)執(zhí)行元件通過總線和數(shù)字式輸出控制卡與計(jì)算機(jī)連接，并在計(jì)算機(jī)的命令下控制相對(duì)應(yīng)的手指按下或者松開琴鍵；所述計(jì)算機(jī)也通過發(fā)布指令控制腳部電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，所述肩部結(jié)構(gòu)包括伺服電機(jī)、減速器和聯(lián)動(dòng)板，所述計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出端安裝有減速器，減速器的動(dòng)力輸出端安裝有聯(lián)動(dòng)板，聯(lián)動(dòng)板的自由端與機(jī)器人的手臂相連接。

進(jìn)一步地，所述氣動(dòng)執(zhí)行元件包括電磁閥和手指氣缸，手指氣缸安裝在手指氣缸座上，手指氣缸座與手臂固定連接，每一個(gè)手指氣缸均對(duì)應(yīng)著一個(gè)電磁閥，計(jì)算機(jī)通過數(shù)字式輸出控制卡控制每一個(gè)電磁閥的開關(guān)從而驅(qū)動(dòng)每一個(gè)手指氣缸，手指氣缸帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的手指按下或者松開琴鍵。

進(jìn)一步地，所述手指氣缸為針型氣缸。

進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)還包括人機(jī)界面觸摸屏，用戶可以通過觸摸屏選擇相應(yīng)的鋼琴曲讓機(jī)器人演奏。

進(jìn)一步地，所述鋼琴通過連軸與踏板連接，踏板通過轉(zhuǎn)軸安裝在與鋼琴相連的踏板固定架上。

進(jìn)一步地，所述鋼琴為立式或者三角鋼琴。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明設(shè)置的兩側(cè)類人形機(jī)器人使用覆蓋琴鍵范圍更廣，表現(xiàn)力更豐富，能夠完美的演奏出復(fù)雜的鋼琴曲，演奏過程不會(huì)有長(zhǎng)時(shí)間的停頓，同時(shí)又能展示出機(jī)器人協(xié)作的特點(diǎn)，另外，機(jī)器人的腳部可以進(jìn)行踏板控制，具有更好的娛樂性和互動(dòng)性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3是本發(fā)明中機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的中機(jī)器人手部運(yùn)動(dòng)組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中鋼琴踏板控制組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明中控制系統(tǒng)的連接關(guān)系框圖；

圖7是本發(fā)明中左右兩側(cè)機(jī)器人手臂完全并攏狀態(tài)圖；

圖8是本發(fā)明中左右兩側(cè)機(jī)器人手臂完全張開狀態(tài)圖。

圖中編號(hào)說明：

1-鋼琴；101-琴鍵；102-中央C鍵；103-踏板；104-連軸；105-踏板固定架；106-轉(zhuǎn)軸；2-控制柜；3-左側(cè)機(jī)器人；301-左側(cè)機(jī)器人右手；302-左側(cè)機(jī)器人左手；4-右側(cè)機(jī)器人；401-右側(cè)機(jī)器人右手；402-右側(cè)機(jī)器人左手；5-肩部結(jié)構(gòu)；501-伺服電機(jī)；502-減速器；503-聯(lián)動(dòng)板；6-手臂；7-手指氣缸座；701-手指氣缸；702-手指；8-腿部；9-腳部；901-扭簧轉(zhuǎn)軸；902-腳部電機(jī)；903-擺桿；904-電機(jī)固定架。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：

參看附圖1、附圖2、附圖7和附圖8：

一種新型鋼琴演奏機(jī)器人系統(tǒng)，包括底部帶踏板103的鋼琴1、左側(cè)機(jī)器人3、右側(cè)機(jī)器人4和控制系統(tǒng)，鋼琴1為立式或者三角鋼琴，鋼琴1通過連軸104與踏板103連接，踏板103通過轉(zhuǎn)軸106安裝在與鋼琴1相連的踏板固定架105上；左側(cè)機(jī)器人3和右側(cè)機(jī)器人4均為類人形機(jī)器人，兩側(cè)機(jī)器人的手指702均放置在靠近鋼琴1的琴鍵101上方且所有手指702均可以相互獨(dú)立的按下或松開琴鍵101；琴鍵101以其中部的中央C鍵102為界，分為左半部分和右半部分，琴鍵1的左半部分為左側(cè)機(jī)器人3的手指活動(dòng)區(qū)域，琴鍵1的右半部分為右側(cè)機(jī)器人4的手指活動(dòng)區(qū)域；在兩側(cè)機(jī)器人的手臂6完全張開狀態(tài)下，左側(cè)機(jī)器人右手301的小拇指可以與右側(cè)機(jī)器人左手402的小拇指相鄰。其中一側(cè)機(jī)器人的腳部9放置在靠近鋼琴1的踏板103上方且左右腳部9均可以踩下或者松開踏板103；控制系統(tǒng)與兩側(cè)機(jī)器人電氣連接，控制系統(tǒng)用來控制機(jī)器人的手指702和腳部9運(yùn)動(dòng)；控制系統(tǒng)可安裝在控制柜2內(nèi)，控制柜2同時(shí)也可用來充當(dāng)兩側(cè)機(jī)器人的底座。

參看附圖5：

其中一側(cè)機(jī)器人的腳部9通過扭簧轉(zhuǎn)軸901與其腿部8活動(dòng)連接，機(jī)器人的腿部8與安裝在地面上的電機(jī)固定架904連接，電機(jī)固定架904上安裝有腳部電機(jī)902，腳部電機(jī)902的動(dòng)力輸出軸上固定連接擺桿903，腳部電機(jī)902帶動(dòng)擺桿903按壓機(jī)器人的腳部9，腳部9聯(lián)動(dòng)向下按壓踏板103，待擺桿903復(fù)位后，腳部9也通過扭簧轉(zhuǎn)軸901復(fù)位。

參看附圖3、附圖4和附圖6：

控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、伺服電機(jī)控制器和氣動(dòng)執(zhí)行元件，伺服電機(jī)控制器通過總線與計(jì)算機(jī)連接，并在計(jì)算機(jī)的命令下控制相對(duì)應(yīng)機(jī)器人的肩部結(jié)構(gòu)5轉(zhuǎn)動(dòng)，肩部結(jié)構(gòu)5隨之帶動(dòng)機(jī)器人的手臂6轉(zhuǎn)動(dòng)；氣動(dòng)執(zhí)行元件通過總線和數(shù)字式輸出控制卡與計(jì)算機(jī)連接，并在計(jì)算機(jī)的命令下控制相對(duì)應(yīng)的手指按下或者松開琴鍵101；計(jì)算機(jī)也通過發(fā)布指令控制腳部電機(jī)902的運(yùn)轉(zhuǎn)；肩部結(jié)構(gòu)5包括伺服電機(jī)501、減速器502和聯(lián)動(dòng)板503，計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)501的轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服電機(jī)501的動(dòng)力輸出端安裝有減速器502，減速器502的動(dòng)力輸出端安裝有聯(lián)動(dòng)板503，聯(lián)動(dòng)板503的自由端與機(jī)器人的手臂6相連接；氣動(dòng)執(zhí)行元件包括電磁閥和手指氣缸701，手指氣缸701為針型氣缸，手指氣缸701安裝在手指氣缸座7上，手指氣缸座7與手臂6固定連接，每一個(gè)手指氣缸701均對(duì)應(yīng)著一個(gè)電磁閥，計(jì)算機(jī)通過數(shù)字式輸出控制卡控制每一個(gè)電磁閥的開關(guān)從而驅(qū)動(dòng)每一個(gè)手指氣缸701，手指氣缸701帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的手指702按下或者松開琴鍵101；控制系統(tǒng)還包括人機(jī)界面觸摸屏，用戶可以通過觸摸屏選擇相應(yīng)的鋼琴曲讓機(jī)器人演奏。

根據(jù)上述構(gòu)造，使用時(shí)，當(dāng)需要進(jìn)行手臂6運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令控制伺服電機(jī)501運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過減速器502的減速后帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)板503轉(zhuǎn)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)板503則帶動(dòng)手臂6在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)需要進(jìn)行手指702彈奏時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令控制每一個(gè)電磁閥的開關(guān)從而驅(qū)動(dòng)每一個(gè)手指氣缸701，手指氣缸701帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的手指702按下或者松開琴鍵101；當(dāng)需要進(jìn)行腳踩踏板動(dòng)作時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令控制相應(yīng)的腳部電機(jī)902運(yùn)轉(zhuǎn)，腳部電機(jī)902帶動(dòng)擺桿903按壓機(jī)器人的腳部9，腳部9聯(lián)動(dòng)向下按壓踏板103，待擺桿903復(fù)位后，腳部9也通過扭簧轉(zhuǎn)軸901復(fù)位，等待下一個(gè)腳踏指令。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。