[发明专利]一种仿人形结构的木琴演奏机器人

权利要求书

1.一种仿人形结构的木琴演奏机器人，用于模仿人关节部位活动进行木琴乐器演奏，其特征在于，该机器人由机器人本体和控制器组成，其中，

机器人本体包含：一底座，用来支撑机器人躯干；一躯干，连接机器人左右肩部和躯干伺服舵机；左右肩部，连接机器人躯干和左右肩部伺服舵机；左右上臂，连接左右肩部伺服舵机和左右肘部伺服舵机；左右下臂，连接左右肘部伺服舵机和左右手；左右手，连接左右下臂和左右鼓槌；左右鼓槌，用来击打木琴乐器进行演奏；

控制器包含：主控单元、电源模块、数据通信接口模块、存储模块、显示模块、交互模块和舵机驱动模块，各模块均与主控单元相连，并且，数据通信接口模块和存储模块用于传输和存储控制文件，显示模块用于显示储存内容，交互模块用于进行乐曲选择，主控单元向舵机驱动模块发送控制指令，并由舵机驱动模块控制各路伺服舵机的转动，实现模仿人关节部位活动；

所述控制文件为包含驱动躯干舵机、左肩部舵机、右肩部舵机和左肘部伺服舵机、右肘部舵机运动的复合控制指令序列的文件，该文件采用人工或翻译软件将乐谱转换而成，存储在控制器上，并通过主控单元把所选中曲目的控制文件中的复合控制指令信号逐条发送到舵机驱动模块，由舵机驱动模块控制各路舵机协调运动，模仿人关节活动，形成对相应琴键的击打，实现乐器的演奏。

2.根据权利要求1所述的仿人形结构的木琴演奏机器人，其特征在于，所述躯干伺服舵机用于模仿人腰部活动关节，带动所述躯干水平方向旋转；所述左肩部伺服舵机用于模仿人左肩部活动关节，带动所述左上臂水平方向旋转；所述右肩部伺服舵机用于模仿人右肩部活动关节，带动所述右上臂水平方向旋转；所述左肘部伺服舵机用于模仿人左肘部活动关节，带动所述左下臂垂直方向旋转；所述右肘部伺服舵机用于模仿人右肘部活动关节，带动所述右下臂垂直方向旋转。

3.根据权利要求1所述的仿人形结构的木琴演奏机器人，其特征在于，所述的复合控制指令是多路舵机运动控制指令的组合，该复合控制指令按照音符对应的琴键和机器人本体尺寸及其相对位置计算完成，其中包含所述躯干舵机、所述左右肩部舵机、所述左右肘部舵机的转动角度控制参数、转动速度控制参数和延迟控制参数。

4.根据权利要求1所述的仿人形结构的木琴演奏机器人，其特征在于，通过对所述肘部伺服舵机的延迟、转速及转角参数的组合来控制鼓槌击打的力度和频率。

5.根据权利要求1所述的仿人形结构的木琴演奏机器人，其特征在于，当音符对应的琴键同时处于左手和右手的击打范围内时，按照距离最近的原则来确定由左手或右手来击打。

6.根据权利要求1所述的仿人形结构的木琴演奏机器人，其特征在于，所述控制文件由乐谱转换生成的过程如下：

步骤一：根据乐谱音符和木琴琴键具体位置判定当前音符所对应的琴键是否超出左右手击打的极限位置，若超出极限位置，则执行步骤二；若未超出极限位置，直接执行步骤三；

步骤二：计算躯干伺服舵机转角，使音符所对应的琴键位于左手(或右手)可击打的范围内；

步骤三：按照音符所对应琴键最近的原则判定是由左手或右手来实现击打：根据音符所对应的琴键的位置计算左肩部或右肩部伺服舵机水平转动角度(击打位置)；根据音的强弱确定肘部伺服舵机的延迟、转速及转动角度(击打力度)；

步骤四：根据步骤二计算得到的躯干舵机转角控制参数、步骤三计算得到的左肩部或右肩部舵机转动角度控制参数、以及左肘部或右肘部舵机的延迟、转速和转动角度控制参数生成控制相应舵机运动(击打给定音符对应琴键)的复合控制指令；

步骤五，重复上述步骤一至步骤四，直到整个乐谱翻译完成，形成乐谱的演奏控制文件。