[發(fā)明專利]一種關節(jié)型揚琴演奏機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610539135.4
• 申請日: 2016-07-11
• 公開（公告）號: CN105945968B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設計）人: 周莉;周黎;黃司祺;張寧;安凱;熊德云;王建濤;熊宏;雷波;張偉民
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(武漢)
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J17/02;B25J17/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所42214
• 代理人: 江釗芳

技術領域

本發(fā)明涉及一種關節(jié)型揚琴演奏機器人，具體地說涉及一種用于揚琴演奏機器人的關節(jié)型機械結構。

背景技術

目前，國內機器人發(fā)展十分迅速，音樂機器人是音樂與科學交叉領域的應用科學，在國內外已具有一定的影響力，音樂機器人屬于表演類特種機器人，國外對音樂機器人的研究以鍵盤樂器和弦樂器居多，還沒有涉及對中國傳統樂器—揚琴的自動演奏機器人的相關研究。揚琴作為中國傳統樂器的重要組成部分，而國內演奏機器人的開發(fā)還處于技術起步階段，很多關鍵性的問題還得不到解決，目前已知的自動演奏機器人只有自貢市誠摯科技公司所設計的揚琴演奏機器人，其以機械臂帶動氣缸運動實現揚琴的演奏，但存在演奏穩(wěn)定性差、敲擊位置準確度差、噪聲大等缺點。還有研究的揚琴演奏機器人，均為局部的機器人的機械結構。因此有必要開發(fā)一種新的能模擬人的上半身的多個關節(jié)，能穩(wěn)定、精確地演奏，同時噪聲小的揚琴演奏機器人，尤其很有必要開發(fā)一種關節(jié)型的能模擬人手敲擊的揚琴演奏機器人。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現有技術的不足，而提供一種可以結合揚琴藝術表演形式，噪聲小、運動范圍廣，同時在外型上更接近于人類的肩、肘、腕關節(jié)，腰、手臂結構，更具有擬人化結構的一種關節(jié)型揚琴演奏機器人。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：提供一種關節(jié)型揚琴演奏機器人，至少包括結構完全相同且左右兩側對稱安裝的肩部關節(jié)、肘部關節(jié)、手腕關節(jié)、大臂和小臂、腰部電機、腰部減速器、腰部傳動軸和換位齒輪對；所述的兩側腰部傳動軸均通過兩個軸承安裝在上支撐板和下支承板上，上支撐板和下支撐板通過螺栓固定在一起，腰部傳動軸上端通過平鍵和螺栓連接同側肩部基座，所述的每側換位齒輪對都有兩個相同且相互嚙合的換位齒輪，換位齒輪對中一個換位齒輪通過平鍵安裝在同側腰部傳動軸上，另一個換位齒輪通過平鍵安裝在同側腰部減速器輸出軸上；

所述的肩部關節(jié)設有肩部基座、肩部電機、肩部減速器和肩部支撐架，每個肩部減速器安裝在同側肩部基座上，兩側肩部電機分別與同側肩部減速器相連，肩部減速器輸出軸與同側肩部支撐架相連，肩部電機通過肩部減速器后驅動肩部支撐架旋轉，帶動固連在肩部支撐架上的同側大臂旋轉；

所述的肘部關節(jié)設有肘部基座、肘部支撐架和肘部舵機，每個肘部基座通過鈑金件與大臂下端連接，肘部基座與同側肘部支撐架連接，肘部支撐架通過鈑金件與同側小臂上端固連，由肘部舵機驅動同側肘部支撐架帶動小臂旋轉；

所述的手腕關節(jié)設有手腕基座和手腕舵機；手腕基座通過鈑金件與小臂下端連接，同側手腕基座與手腕舵機連接，琴竹卡座固定在手腕舵機的輸出軸上，揚琴琴竹安裝在琴竹卡座內，利用手腕舵機驅動琴竹卡座帶動揚琴琴竹上下往復運動，實現演奏敲擊揚琴鍵的動作；

所述的腰部電機通過同側腰部減速器并經換位齒輪對帶動同側肩部基座旋轉，進而帶動同側機械臂整體以腰部傳動軸為軸心做圓周運動，所述的肩部電機驅動同側大臂在豎直平面內以肩部支撐架為圓心做圓周運動，肘部舵機驅動同側小臂在豎直平面內以肘部支撐架為圓心做圓周運動，實現揚琴琴竹在預定的三維空間內定位；

演奏時，兩臺腰部電機、兩臺肩部電機和兩臺肘部舵機，這三種驅動部件配合協同動作，將揚琴琴竹移動到指定敲擊位置后，手腕舵機驅動揚琴琴竹實現敲擊動作，使揚琴發(fā)聲演奏。

所述的同側肩部支撐架與大臂、肘部基座與大臂、肘部支撐架與小臂、小臂與手腕基座之間均采用鈑金件通過螺栓固定在一起。

所述的每側的換位齒輪對為同模數同齒數的兩個完全相同的換位齒輪，用于將腰部電機的安裝位置調整到更靠近機器人中軸線的位置，避免機器人機械臂在運動過程中與腰部電機發(fā)生干涉現象。

所述的左右兩側對稱安裝的兩臺肩部電機之間留有空隙，用于防止兩臺肩部電機在兩個腰部傳動軸分別帶動旋轉時出現干涉。

所述的琴竹卡座與揚琴琴竹采用過盈配合，兩者之間較緊的安裝配合使得揚琴琴竹在往復敲擊琴弦的過程中不會出現松動。

本發(fā)明的關節(jié)型揚琴演奏機器人在演奏過程中，當需要敲擊揚琴琴面上距離機器人最遠的敲擊點時，大臂和小臂構成的機械臂處于伸長狀態(tài)，此時大臂和小臂可伸直成一條直線；當需要敲擊揚琴琴面上距離機器人最近的敲擊點時，機械臂處于收縮狀態(tài)，此時機械臂的大臂與豎直平面呈銳角，大臂與小臂的夾角也為銳角。

安裝本發(fā)明的關節(jié)型揚琴演奏機器人時，由于機械臂一定要在揚琴琴面上方，所以當大臂豎直下垂時，需要保證肘部的安裝位置在揚琴琴面以上。

本發(fā)明的關節(jié)型揚琴演奏機器人與現有的技術相比具有的優(yōu)點是：