一种演奏扬琴的机器人及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种演奏扬琴的机器人及控制方法，该机器人与上位乐队的控制计算机相连，包括一机器人本体，该机器人本体包括手腕部、身体运行关节部、脸部、扬琴，机器人包括主控制嵌入式电脑装置及分别与该主控制嵌入式电脑装置相连的手腕击打控制伺服系统、身体动作控制伺服系统、脸部表情控制伺服系统以及气源和气压控制系统；方法包括：自检步骤，系统进行自检；复位步骤，对机器人的动作进行复位；执行命令步骤，接受上位系统的控制计算机输出的ＰＣ控制命令，根据命令执行相应的操作。本发明专利技术能够实现演奏扬琴，高仿真度的拟人外形和拟人的脸部表情和动作；实现了二维精确定位的扬琴的机器人演奏；实现扬琴的快速连续敲击演奏，演奏逼真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器人，尤其涉及。
技术介绍
近年来，在具有重大影响的国际展览会或机器人展览会上，机器人的演奏和机器人组成的乐队是相当吸引人的项目。对于我国的民族乐器扬琴，目前国内外还没有这方面的机器人，特别是通过二维 精确定位的扬琴机器人则更是没有，本专利技术的申请人致力于开发一种具有高仿真度，且能 实现二维精确定位的演奏民族打击乐器扬琴的机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，它具有高仿真度，在 国内外首次实现了二维精确定位的民族打击乐器扬琴的机器人演奏。实现上述目的的技术方案是本专利技术之一的一种演奏扬琴的机器人，该机器人与上位乐队的控制计算机相连以 接收乐队的控制，它包括一机器人本体，该机器人本体包括手腕部、身体运行关节部、脸部、 扬琴，其中，它包括一主控制嵌入式电脑装置以及分别与该主控制嵌入式电脑装置相连的 手腕击打控制伺服系统、身体动作控制伺服系统、脸部表情控制伺服系统以及气源和气压 控制系统，其中所述的主控制嵌入式电脑装置实现对演奏扬琴机器人的数据处理和命令发出，它 与上位的乐队的控制计算机进行通信，接受上位乐队的控制计算机的演奏乐曲的信息，发 送给上位乐队的控制计算机各种状态的数据；所述的手腕击打控制伺服系统接受主控制嵌入式电脑装置的各种演奏击打命令， 通过微型气缸驱动机器人本体的两个手腕部进行动作以实现快速击打；所述的身体动作控制伺服系统接受主控制嵌入式电脑装置的运动命令，通过伺服 电机驱动机器人本体的身体运行关节进行动作，实现点头、抬头、弯腰、转身的动作；所述的脸部表情控制伺服系统接受主控制嵌入式电脑装置的表情命令，通过多个 微电机和微气缸驱动和组合驱动机器人本体的脸部，实现模拟机器人脸部的多块肌肉运 动，通过启动驱动嘴唇的微气缸，实现嘴唇的开启和闭合；所述的气源和气压控制系统接受主控制嵌入式电脑装置的乐曲打击命令，通过控 制一总气泵来控制该总气泵产生的压缩空气，并进行电转气的开关量控制，实现身体动作、 脸部表情、手腕击打部分中所有的气缸和其他启动元件的动作。上述的演奏扬琴的机器人，其中，还包括一与所述的主控制嵌入式电脑装置相连 的数据采集和故障显示装置，它通过主控制嵌入式电脑装置收集各系统的数据，并判断是 否正常工作或故障部位，并将此状态进行显示。本专利技术之二的一种演奏扬琴的机器人的控制方法，该机器人接受上位系统的控制计算机输出的PC控制命令，其中，包括以下步骤自检步骤，在开始后，系统进行自检；复位步骤，对机器人的动作进行复位；执行命令步骤，接受上位系统的控制计算机输出的PC控制命令，根据命令执行相应的操作，PC控制命令包括应急命令、休眠命令、状态查询命令、报幕命令、准备命令、演奏 命令、停止命令，其中所述的准备命令为机器人执行准备动作；所述的状态查询命令为查询当前状态，并通过主控制嵌入式电脑装置进行；所述的应急命令为演奏应急歌曲；所述的休眠命令为表演休眠动作；所述的报幕命令为控制机器人进行报幕动作；所述的演奏命令为通过主控制嵌入式电脑装置输出控制信号给相应的系统来进 行演奏动作；所述的停止命令为控制机器人动作停止。上述的演奏扬琴的机器人的控制方法，其中，所述的执行命令步骤包括以下步 骤读入步骤，读入当前动作位置数据；分解步骤，将机器人的左右手动作进行分解；计算步骤，计算需要实现的机器人运动速度以及目标位置；执行步骤，即左右手根据计算得出的运动速度以及目标位置执行相应的组合动 作；判断是否有停止命令，若有停止命令，则停止动作，然后退出；若没有停止命令，则进一步判断是否全部动作已经完成，若所有动作都已经完成，则退出；若所有动作没有全部完成，则返回读入步骤。上述的演奏扬琴的机器人的控制方法，其中，在执行演奏命令时，包括以下步骤检查曲目合法性，检查曲目是否合法，若不合法，则直接发送结束数据包，若合法， 则读取曲目长度与起始地址位置；读取信息，读取数据流中左右手音符、时间、力度信息；输出节拍并执行敲击，根据读取到的信息，输出手腕动作的节拍并执行敲击；等待，等待敲击结束；检测，依次检测演奏扬琴的机器人是否受到保护、是否收到停止命令、气压是否受 到保护，若受到保护，即演奏扬琴的机器人不能再进行动作，则发送结束数据包，若没有受 到保护，即演奏扬琴的机器人处于无保护状态，则进一步检测是否收到停止命令；若收到停止命令，则发送结束数据包，若没有受到结束命令，则检测气压是否受到 保护；若检测到气压受到保护，则发送结束数据包，若没有检测到气压受到保护，即气压正常可正常运行，则向下搜索左手音符并计算位移时间，然后再向下搜索右手音符并计算位移时间；插补计算，插补计算机器人的身体与腰的位移量，然后发送执行数据包；等待预敲击，根据执行数据包，等待预敲击；检测演奏状态，即检测演奏是否完毕，若演奏完毕，则发送结束数据包；若演奏未完毕，则返回输出节拍并执行敲击步骤。本专利技术的有益效果是本专利技术的机器人能够实现演奏扬琴，高仿真度的拟人外形 和拟人的脸部表情和动作；在国内外首次实现了二维精确定位的民族打击乐器扬琴的机器 人演奏；通过手腕微气缸控制扬琴，能实现扬琴的快速连续敲击演奏，实现扬琴演奏的“敲 弦和抡弦”，使得机器人打击乐器演奏更逼真；能实现惟妙惟肖的独立演奏和合奏；实现了 非键盘方式的中国民族打击乐器的机器人演奏、及其打击位置的快速移动和定位，通过机 器人的吸引人的演奏，向世界介绍了优秀的中国民族乐器一扬琴，使人们进一步了解悠 久的中国文明。附图说明图1是本专利技术之一的演奏扬琴的机器人的结构示意图。 具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。请参阅图1，图中示出了本专利技术之一的一种演奏扬琴的机器人，该机器人与上位乐 队的控制计算机7相连以接收乐队的控制，它包括一机器人本体(图中未示出)，该机器人 本体包括手腕部(图中未示出)、身体运行关节部(图中未示出)、脸部(图中未示出)、扬 琴(图中未示出)，本专利技术包括一主控制嵌入式电脑装置1以及分别与该主控制嵌入式电脑 装置1相连的手腕击打控制伺服系统2、身体动作控制伺服系统3、脸部表情控制伺服系统 4、气源和气压控制系统5、数据采集和故障显示装置6，其中主控制嵌入式电脑装置1实现对演奏扬琴机器人的数据处理和命令发出，它与上 位的乐队的控制计算机7进行通信，接受上位乐队的控制计算机7的演奏乐曲的信息，发送 给上位乐队的控制计算机7各种状态的数据，主控制嵌入式电脑装置1是演奏扬琴的机器 人中处理数据和发出命令的控制中心，采用了 ATMEL公司的AVR系列单片机的最高配置的 一款单片机，能有效高速的处理各种数据保证稳定性，它是整个机器人系统的关键部分是 命令发送和数据处理的重要环节，在系统信息的传输中采用了 CAN技术，它具有突出的可 靠性、实时性和灵活性。保证了运行的可靠和平稳；手腕击打控制伺服系统2接受主控制嵌入式电脑装置1的各种演奏击打命令，通 过微型气缸(图中未示出)驱动机器人本体的两个手腕部进行动作以实现快速击打，微气 缸气动控制具有抗过载能力强、体积小、速度快、具备负载自适应能力的特点。用它来控制 扬琴关键部位中的手腕的打击部分能够完美得达到与曲谱同步、柔和、音阶层次分明的要 求；身体动作控制伺服系统3接受主控制嵌入式电脑装置1的运动命令，通过伺服电机(图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种演奏扬琴的机器人，该机器人与上位乐队的控制计算机相连以接收乐队的控制，它包括一机器人本体，该机器人本体包括手腕部、身体运行关节部、脸部、扬琴，其特征在于，它包括一主控制嵌入式电脑装置以及分别与该主控制嵌入式电脑装置相连的手腕击打控制伺服系统、身体动作控制伺服系统、脸部表情控制伺服系统以及气源和气压控制系统，其中：所述的主控制嵌入式电脑装置实现对演奏扬琴机器人的数据处理和命令发出，它与上位的乐队的控制计算机进行通信，接受上位乐队的控制计算机的演奏乐曲的信息，发送给上位乐队的控制计算机各种状态的数据；所述的手腕击打控制伺服系统接受主控制嵌入式电脑装置的各种演奏击打命令，通过微型气缸驱动机器人本体的两个手腕部进行动作以实现快速击打；所述的身体动作控制伺服系统接受主控制嵌入式电脑装置的运动命令，通过伺服电机驱动机器人本体的身体运行关节进行动作，实现点头、抬头、弯腰、转身的动作；所述的脸部表情控制伺服系统接受主控制嵌入式电脑装置的表情命令，通过多个微电机和微气缸驱动和组合驱动机器人本体的脸部，实现模拟机器人脸部的多块肌肉运动，通过启动驱动嘴唇的微气缸，实现嘴唇的开启和闭合；所述的气源和气压控制系统接受主控制嵌入式电脑装置的乐曲打击命令，通过控制一总气泵来控制该总气泵产生的压缩空气，并进行电转气的开关量控制，实现身体动作、脸部表情、手腕击打部分中所有的气缸和其他启动元件的动作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传伦，陈家祥，陈涛，杨军，郑家贵，谭福生，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，自贡市挚友科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]