[發明專利]智能鋼琴彈奏系統

無效

• 申請號: 201310053909.9
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN103135487A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 陳岱;趙之克;馬麒超;謝正明
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G09B15/00;G10G7/00;G10G1/00
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及一種智能鋼琴彈奏系統。

背景技術

鋼琴作為樂器之王，因其音域寬廣、音色優美受到人們的喜愛，在進行譜曲、演奏、音樂教學等方便具有十分廣泛的意義，目前已有智能鋼琴問世，它具有智能演奏及鋼琴教學等功能，但是其價格昂貴，在演奏及教學的過程中不直觀，無法得到廣泛推廣。

發明內容

本發明的目的是提供一種價格便宜，操作方便，演奏直觀的智能鋼琴彈奏系統，可以輔助人們進行音樂演奏及音樂教學工作，具有較好的實用價值。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：智能鋼琴彈奏系統，包括執行單元和控制單元，所述執行單元包括水平導軌和能夠在水平導軌上左右移動的兩只機械手；所述水平導軌有一個底座支架，底座支架頂面設有兩根相互平行的水平導桿，底座支架下部設有與導桿平行的齒條；所述機械手包括底盤，底盤前部由手指支架樞接有7根仿生手指，底盤后部設有控制手指完成敲擊動作的舵機；所述舵機由手指連動桿與手指連接；底盤下部設有與導桿滑動配合連接的箱式單元滑塊，以及能夠使機械手左右平移的步進電機；所述步進電機的輸出軸上安裝有與齒條嚙合連接的齒輪；所述控制單元包括上位機和下位機，所述上位機包括總控平臺、顯示單元、樂譜輸入單元、樂譜識別單元及RS232串行通信接口；所述樂譜輸入單元與樂譜識別單元連接；顯示單元及樂譜識別單元均與總控平臺連接；所述下位機安裝于機械手上，包括STM32嵌入式控制芯片、RS232串行通信接口和定時器脈沖輸出模塊；定時器脈沖輸出模塊分別與STM32嵌入式控制芯片及機械手連接；STM32嵌入式控制芯片由RS232接口與總控平臺連接。

所述手指支架由螺栓固定安裝于底盤的前側，手指為弧形，手指前端向下對準鋼琴鍵盤，手指支架的頂部及手指的后端下部對應設有通孔，一根長軸依次穿過七根手指及手指支架，每一根手指均由軸承與長軸旋轉連接；手指后部向上延伸，頂端設有能夠穿入手指連動桿的桿孔，手指連動桿的另一端由連接卡子與舵機連接，保證舵機臂與手指連動桿緊密咬合；手指連動桿采用2mm鋼絲做成，堅硬的同時也不易變形，將舵機的左右轉動轉換為手指的上下轉動，控制彈奏的力度與速度；一個舵機控制一個手指。

所述舵機固定安裝于舵機支架上，一個舵機支架安裝一個舵機，舵機支架安裝在固定于底盤后部的抬升架上，以提高舵機的安裝高度，使舵機臂轉動平面與手指頂端處于同一平面。

每只機械手上均安裝有一個下位機，所述下位機與該機械手上的步進電機及每個舵機連接。

所述底座支架由5mm鋼板構成，用于固定導桿，為整個系統提供支撐。????

所述導桿由螺栓固定安裝于底座支架頂部的前后側，齒條位于底座支架的下部，其兩端與底座支架固定連接。

所述機械手底盤為200mm×170mm×5mm的鋁板，保證機械手剛性強度的同時也減輕了自重。

所述步進電機為整個架構的動力機構，其強大的扭力使機械手能夠快速地在導軌上移動。

所述箱式單元滑塊內部設有滾珠，可以在導桿上進行低摩擦滾動，同時也用于咬合導桿，使步進電機的齒輪與齒條緊密咬合。

本發明的工作原理為：普通音樂的音域變化范圍超過14個度，一般難度的樂譜其音域不會發生大的跳變，相鄰兩個最大跳變不會超過7個度，本發明設了兩只機械手，每個機械手上有7根手指，滿足一個音域內每個按鍵對應一根手指，手指在彈奏的過程中要不停移動，為了滿足演奏及移動量最小化需求，本發明采用了滑動窗口算法，即把7根手指看作一個窗口，此窗口的容量是7，首先設定一個閾值將樂譜分為兩部分，閾值的設定是一段樂譜的最小值加7，然后對于小于閾值那一部分樂譜進行統計，一段樂譜中若最大偏差小于7分配一個窗口，同樣對于大于閾值最大偏差小于7的分配另一個窗口，分配好窗口的過程也就是一個機械手移動并分配位置的一個過程，然后按照樂譜值與該段最小值的偏差來分配手指的按下或彈起，若遇到偏差大于7的直行分配窗口的操作。

本發明的有益效果是：一種智能鋼琴彈奏系統，價格便宜，操作方便，演奏直觀，可以輔助人們進行音樂演奏及音樂教學工作，具有較好的實用價值。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。

附圖1為一種智能鋼琴彈奏系統的實施例結構示意圖。

附圖2為一種智能鋼琴彈奏系統的執行單元的結構示意圖。

附圖3為一種智能鋼琴彈奏系統的控制單元的結構框圖。

附圖4為一種智能鋼琴彈奏系統的工作流程圖。