一种扬琴智能演奏的机器人结构的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种能模拟人手敲击智能演奏扬琴的关节型机器人结构。

背景技术：

音乐机器人是音乐与科学交叉领域的应用科学，在国内外音乐机器人已具有一定的影响力，音乐机器人属于表演类特种机器人，国外对音乐机器人的研究以键盘乐器和弦乐器居多。相关技术中，采用机器人的机械臂带动气缸运动实现扬琴的演奏，但演奏的稳定性差、敲击位置准确度差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能模拟人手稳定、精确地智能演奏扬琴的机器人结构。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种扬琴智能演奏的机器人结构,包括腕部、机械臂、肩部和腰部；所述腕部与所述机械臂连接，所述机械臂与所述肩部连接，所述肩部与所述腰部连接；所述腕部包括手腕基座、第一数字舵机和琴竹，所述第一数字舵机驱动所述琴竹运动；所述机械臂包括小臂前端、小臂转接机构、大臂前端、大臂后端、小臂传动连杆和小臂传动偏心轮，所述小臂前端与所述手腕基座连接，所述小臂前端与所述小臂转接机构连接，所述小臂转接机构与所述大臂前端相连接，所述大臂前端和大臂后端相连接，所述小臂传动连杆的上端与所述小臂传动偏心轮连接，其下端与所述小臂转接机构连接；所述肩部包括肩部座侧板、肩部减速机、肩部座底板和肩部伺服电机；所述肩部座底板与所述肩部座侧板相连接，所述肩部减速机安装于所述肩部座侧板上，所述肩部伺服电机与所述肩部减速机相连，所述肩部减速机的轴上固定连接所述大臂后端，所述肩部伺服电机通过所述肩部减速机驱动所述大臂前端旋转；所述腰部包括腰部伺服电机、腰部减速机、中间板和腰部联轴器，所述腰部伺服电机与所述腰部减速机相连，所述腰部减速机固定在所述中间板上，所述腰部减速机与所述腰部联轴器相连，所述腰部联轴器与所述肩部座底板固定连接，所述腰部伺服电机通过所述腰部减速机带动所述肩部座底板转动。

进一步地，所述腕部还包括第二数字舵机、第一小u型板、第二小u型板、缺口u型板、大u型板、琴竹固定板和琴竹挡板，所述手腕基座与所述第二数字舵机的第二主舵盘和第二副舵盘连接，所述第二数字舵机与所述第一数字舵机依次通过所述第一小u型板和第二小u型板连接，所述第二小u型板与所述第一数字舵机38的第一主舵盘和第一副舵盘连接；所述第一数字舵机的输出轴上固定所述大u型板，所述琴竹通过所述琴竹固定板固定于所述大u型板上，所述第二小u型板上固定所述缺口u型板，所述缺口u型板上固定所述琴竹挡板的一端，所述琴竹挡板的另一端位于所述琴竹的下方。

进一步地，所述机械臂还包括小臂后端、小臂转接机构盖、大臂挡板、大同步轮、同步带、小同步轮、小臂转接机构轴承、小臂传动连杆轴承、大同步轮轴承、和大臂前端轴承；所述小臂前端通过螺钉固定在小臂后端上，所述小臂后端通过螺钉固定在小臂转接机构上，所述小同步轮通过所述同步带带动所述大同步轮转动，所述小臂传动偏心轮固定在所述大同步轮上，所述小臂传动偏心轮的顶端通过小臂传动连杆轴承与小臂传动连杆上端相连接，小臂传动连杆的下端通过小臂转接机构轴承与小臂转接机构相连接，小臂转接机构通过小臂转接机构盖和大臂前端轴承与大臂前端相连接，大臂后端通过大臂挡板和键固定在所述肩部减速机的轴上。

进一步地，所述机械臂还包括限位销，所述限位销的一端穿过所述肩部座侧板，一端位于所述同步带的外侧。

进一步地，所述机械臂还包括u型板连接座,所述u型板连接座通过螺钉固定在所述小臂前端的顶端，所述手腕基座与所述u型板连接座连接。

进一步地，所述肩部包括肩部座侧板、前肩部板筋、后肩部板筋、步进电机减速机、步进电机，所述肩部座侧板、前肩部板筋、后肩部板筋均位于所述肩部座底板上，所述肩部减速机安装在所述肩部座侧板的下端，所述肩部减速机输出轴与所述大同步轮轴承、大臂后端及大臂挡板相连，肩部伺服电机通过肩部减速机驱动大臂前端旋转，所述步进电机减速机安装在所述肩部座侧板的上端，所述步进电机与所述步进电机减速机相连，步进电机减速机输出轴通过键与所述小同步轮相连接。

进一步地，所述肩部还包括光电开关遮光片、零点光电开关、第一极限位置光电开关和第二极限位置光电开关，所述光电开关遮光片位于所述肩部座底板的上方，固定于所述肩部座底板的一端面上，所述零点光电开关、第一极限位置光电开关和第二极限位置光电开关安装于所述中间板上；所述零点光电开关位于所述第一极限位置光电开关和第二极限位置光电开关，所述第一极限位置光电开关和第二极限位置光电开关分别位于所述肩部座底板的两端。

进一步地，所述肩部座底板通过螺钉与肩部座侧板和前后两块肩部板筋相连接。

进一步地，所述腰部还包括中间板轴承，所述中间板轴承位于所述中间板上，所述腰部联轴器与所述中间板轴承连接。

进一步地，所述中间板上还固定有z型板，所述z型板固定安装摄像头。

进一步地，还包括底座，所述底座包括调节螺钉、底板、底板固定板、底座大法兰盘、底座圆管、底座小法兰盘；三个所述调节螺钉分别固定在呈120度角度的三块底板上，三块底板通过螺钉固定在底板固定板上，底座大法兰盘通过螺钉与底板固定板相连接，底座圆管通过螺钉分别与底座大法兰盘和底座小法兰盘相连接，底座小法兰盘通过螺钉固定在中间板上。

与相关技术比较，本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的扬琴自动演奏的机器人结构，腕部的第一数字舵机驱动琴竹移动，在扬琴上演奏，所述的机械臂由小臂传动偏心轮、大臂前端、大臂后端、小臂转接机构、小臂传动连杆构成了一个平行四边形的结构，在扬琴演奏过程中，腰部伺服电机驱动肩部座底板转动从而带动肩部的移动，所述肩部伺服电机通过所述肩部减速机驱动所述大臂前端旋转，即带动所述机械臂的转动，平行四边形的结构的所述机械臂的刚度更好，运动更为灵活，即琴竹的空间移动位置更为灵活准确，稳定性好。

附图说明

图1是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的示意图；

图2是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的部分结构正视图；

图3是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的部分结构后视图；

图4是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的腕部结构图；

图5是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的腕部结构爆炸图；

图6是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的机械臂结构爆炸图；

图7是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的肩部结构爆炸图；

图8是本发明实施例扬琴智能演奏的机器人结构的腰部结构爆炸图。

其中：1—调节螺钉；2—底板；3—底板固定板；4—底座大法兰盘；5—底座圆管；6—小臂前端；7—小臂后端；8—小臂转接机构；9—小臂转接盖；10—大臂前端；11—腰部伺服电机；12—腰部减速机；13—大臂后端；14—小臂转接连杆；15—大臂挡板；16—小臂传动偏心轮；17—大同步轮；18—同步带；19—小同步轮；20—肩部座侧板；21—第一肩部板筋；22—步进电机减速机；23—肩部减速机；24—步进电机；25—肩部座底板；26—肩部伺服电机；27—第一极限位置光电开关；28—z型板；29—摄像头；30—中间板；31—u型板连接座；32—手腕基座；33—第二主舵盘；34—第二数字舵机；35—第二副舵盘；36—第一小u型板；37—第一小u型板；38—第一数字舵机；39—缺口u型板；40—大u型板；41—琴竹固定板；42—琴竹；43—琴竹挡板；44—第一副舵盘；45—第一主舵盘；46—小臂转接轴承；47—小臂传动连杆轴承；48—大同步带轴承；49—腰部联轴器；50—第二肩部板筋；51—光电开关遮光片；52—零点光电开关；53—第二极限位置光电开关；54—中间板轴承；55—大臂前端轴承；56—底座小法兰盘；57-限位销；100-腕部；200-机械臂；300-腰部；400-肩部。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

参照附图1、2和3，一种扬琴智能演奏的机器人结构,包括腕部100、机械臂200、腰部300和肩部400；所述腕部100与所述机械臂200连接，所述机械臂200与所述肩部400连接，所述肩部400与所述腰部300连接；所述腕部100包括手腕基座32、第一数字舵机38和琴竹42，所述第一数字舵机38驱动所述琴竹42运动，演奏过程中，第一数字舵机38驱动琴竹42的移动，实现琴竹42在扬琴上敲击演奏；所述机械臂200包括小臂前端6、小臂转接机构8、大臂前端10、大臂后端13、小臂传动连杆14和小臂传动偏心轮16，所述小臂前端6与所述手腕基座32连接，所述小臂前端6与所述小臂转接机构8连接，所述小臂转接机构8与大臂前端10相连接，所述大臂前端10和大臂后端13相连接，所述小臂传动连杆14的上端与所述小臂传动偏心轮16连接，其下端与所述小臂转接机构8连接；所述小臂传动偏心轮16、大臂前端10、大臂后端13、小臂转接机构8、小臂传动连杆14构成了一个平行四边形结构，使得演奏过程中所述机械臂200的刚度更好，运动更为灵活，实现琴竹42可稳定准确的在扬琴上敲击；所述肩部400包括肩部座侧板20、肩部减速机23、肩部座底板25和肩部伺服电机26；所述肩部座侧板20与所述肩部座底板25相连接，所述肩部减速机23安装于所述肩部座侧板20上，所述肩部伺服电机26与所述肩部减速机23相连，所述肩部减速机23的轴上固定连接所述大臂后端13，所述肩部伺服电机26通过所述肩部减速机23驱动所述大臂前端10旋转；所述腰部300包括腰部伺服电机11、腰部减速机12、中间板30和腰部联轴器49，所述腰部伺服电机11与所述腰部减速机12相连，所述腰部减速机12位于所述中间板30的下方，所述腰部减速机12与所述腰部联轴器49相连，所述腰部联轴器49与所述肩部座底板25固定连接，所述腰部伺服电机11通过所述腰部减速机12带动所述肩部座底板25转动。所述肩部400与所述腰部300的中间板30连接，腰部300固定不动，腰部伺服电机11通过所述腰部减速机12带动所述肩部座底板25转动，而肩部伺服电机26通过所述肩部减速机23驱动所述大臂前端10旋转，即肩部400与机械臂200可同时旋转移动，进一步保证了演奏的稳定性和准确性。

优选地，所述腕部100、机械臂200和肩部400均分别对称设置两部分，所述腰部300除中间板30均对称设置两部分。

优选地，参照附图4、5，所述腕部100还包括第二数字舵机34、第一小u型板36、第二小u型板37、缺口u型板39、大u型板40、琴竹固定板41和琴竹挡板43，所述手腕基座32与所述第二数字舵机34的第二主舵盘33和第二副舵盘35连接，所述第二数字舵机34与所述第一数字舵机38依次通过所述第一小u型板36和第二小u型板37连接，所述第二小u型板37与所述第一数字舵机38的第一主舵盘45和第一副舵盘44连接；所述第一数字舵机38的输出轴上固定所述大u型板40，所述琴竹42通过所述琴竹固定板41固定于所述大u型板40上，所述第二小u型板37上固定所述缺口u型板39，所述缺口u型板39上固定所述琴竹挡板43的一端，所述琴竹挡板43的另一端位于所述琴竹42的下方，对琴竹42起到支撑作用，保证琴竹42在扬琴上敲击时的稳定性。所述腕部100的驱动是通过所述第一数字舵机38、第二数字舵机34来实现运动的，所述第一数字舵机34驱动琴竹42在扬琴上实现敲击动作，所述第二数字舵机34用来调节琴竹42与扬琴琴面的水平度，在敲击时尽量保证琴竹42平行于琴面。

优选地，参照附图6、7，所述机械臂200还包括小臂后端7、小臂转接盖9、大臂挡板15、大同步轮17、同步带18、小同步轮19、小臂转接轴承46、小臂传动连杆轴承47、大同步轮轴承48、大臂前端轴承55；所述小臂前端6通过螺钉固定在小臂后端7上，所述小臂后端7通过螺钉固定在小臂转接机构8上，所述小同步轮19通过所述同步带18带动所述大同步轮17转动，所述小臂传动偏心轮16固定在所述大同步轮17上，所述小臂传动偏心轮16的顶端通过小臂传动连杆轴承47与小臂传动连杆14上端相连接，小臂传动连杆14的下端通过小臂转接机构轴承46与小臂转接机构8相连接，小臂转接机构8通过小臂转接盖9和大臂前端轴承55与大臂前端10相连接，大臂后端13通过大臂挡板15和键固定在所述肩部减速机23的轴上。

优选地，参照附图6，所述机械臂200还包括u型板连接座31,所述u型板连接座31通过螺钉固定在所述小臂前端6的顶端，所述手腕基座32与所述u型板连接座31连接。实现腕部100与机械臂200的连接。

优选地，参照附图7，所述机械臂200还包括限位销57，所述限位销57的一端穿过所述肩部座侧板20，另一端位于所述同步带18的外侧，保证同步带18转动过程中位置不偏移。

优选地，参照附图7、8，所述肩部400包括前肩部板筋21、后肩部板筋50、步进电机减速机22、步进电机24，所述前肩部板筋21、后肩部板筋50均位于所述肩部座底板25上，所述肩部减速机23安装在所述肩部座侧板20的下端，所述肩部减速机23输出轴与所述大同步轮轴承48、大臂后端13及大臂挡板15相连，肩部伺服电机26通过肩部减速机23后驱动大臂前端6旋转，所述步进电机减速机22安装在所述肩部座侧板20的上端，所述步进电机24与所述步进电机减速机22相连，步进电机减速机22输出轴通过键与所述小同步轮19相连接。

所述步进电机24带动步进电机减速机22运动，步进电机减速机22通过键带动小同步轮19转动，小同步轮19通过同步带18带动大同步轮17运动，大同步轮17与小臂传动偏心轮16通过螺钉固连在一起，从而大同步轮17转动带动小臂传动偏心轮16转动，小臂传动偏心轮16通过小臂转接轴承46连接带动小臂传动连杆14运动，小臂传动连杆14通过大臂前端轴承55连接带动小臂转接机构8运动，小臂转接机构8通过螺钉连接带动小臂后端7作旋转运动。

所述肩部伺服电机26带动肩部减速机23转动，大同步轮17通过大同步轮轴承48固定在肩部减速机23上，轴承外圈与大同步轮17内圈过盈配合，轴承内圈与肩部减速机23轴过盈配合。因此，肩部减速机23转动并不会带动大同步轮17转动，肩部减速机23顶端通过键和大臂挡板15与大臂后端13固连在一起，从而肩部伺服电机26转动带动大臂后端13作旋转运动，也带动所述大臂前端10作相应运动，即大臂前端10、大臂后端13与所述小臂前端6、小臂后端7之间的旋转运动是相互独立的。

优选地，所述肩部座底板25通过螺钉与肩部座侧板20、前肩部板筋21和后肩部板筋50相连接。

优选地，参照附图8，所述肩部400还包括光电开关遮光片51、零点光电开关52、第一极限位置光电开关27和第二极限位置光电开关53，所述光电开关遮光片51位于所述肩部座底板25的上方，固定于所述肩部座底板25的一端面上，所述零点光电开关52、第一极限位置光电开关27和第二极限位置光电开关53安装于所述中间板30上；所述零点光电开关52位于所述第一极限位置光电开关27和第二极限位置光电开关53中间，所述第一极限位置光电开关27和第二极限位置光电开关53分别位于所述肩部座底板25的两端。所述光电开关遮光片51与零点光电开关52用于确定演奏前肩部400的初始位置，所述第一极限位置光电开关27和第二极限位置光电开关53用于确定肩部400前后两方位旋转的极限位置；当肩部300运动到至前后极限位置或初始位置时，所述光电开关遮光片51正好处于所述零点光电开关52、第一极限位置光电开关27或第二极限位置光电开关53的u型槽中间，所述零点光电开关52、第一极限位置光电开关27或第二极限位置光电开关53将遮光信号反馈到控制系统，从而控制肩部座底板25在某一个角度范围内作旋转运动。

优选地，参照附图8，所述腰部300还包括中间板轴承54，所述中间板轴承54位于所述中间板30上，所述腰部联轴器49与所述中间板轴承54连接。实现腰部伺服电机11通过所述腰部减速机12带动所述肩部座底板25的转动。

优选地，参照附图8，所述中间板30上还固定有z型板28，所述z型板28固定安装摄像头29。摄像头29的作用拍摄扬琴琴谱图片并传输到控制系统，控制系统对所述扬琴琴谱图片进行识别处理，让机器人作出相应的运动，从而实现机器人能智能演奏不同的曲目。

优选地，参照附图1，还包括底座500，所述底座500包括调节螺钉1、底板2、底板固定板3、底座大法兰盘4、底座圆管5、底座小法兰盘56；三个所述调节螺钉1分别固定在呈120度角度的三块底板2上，三块底板2通过螺钉固定在底板固定板3上，底座大法兰盘4通过螺钉与底板固定板3相连接，底座圆管5通过螺钉分别与底座大法兰盘4和底座小法兰盘56相连接，底座小法兰盘56通过螺钉固定在中间板30上。底座500支撑所述中间板30，便于本发明实施例的机器人能稳定的转动、演奏扬琴。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。