本發明涉及機器人領域，具體涉及一種能模擬人手敲擊智能演奏揚琴的關節型機器人結構。

背景技術：

音樂機器人是音樂與科學交叉領域的應用科學，在國內外音樂機器人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。相關技術中，采用機器人的機械臂帶動氣缸運動實現揚琴的演奏，但演奏的穩定性差、敲擊位置準確度差。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的實施例提供了一種能模擬人手穩定、精確地智能演奏揚琴的機器人結構。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供了一種揚琴智能演奏的機器人結構,包括腕部、機械臂、肩部和腰部；所述腕部與所述機械臂連接，所述機械臂與所述肩部連接，所述肩部與所述腰部連接；所述腕部包括手腕基座、第一數字舵機和琴竹，所述第一數字舵機驅動所述琴竹運動；所述機械臂包括小臂前端、小臂轉接機構、大臂前端、大臂后端、小臂傳動連桿和小臂傳動偏心輪，所述小臂前端與所述手腕基座連接，所述小臂前端與所述小臂轉接機構連接，所述小臂轉接機構與所述大臂前端相連接，所述大臂前端和大臂后端相連接，所述小臂傳動連桿的上端與所述小臂傳動偏心輪連接，其下端與所述小臂轉接機構連接；所述肩部包括肩部座側板、肩部減速機、肩部座底板和肩部伺服電機；所述肩部座底板與所述肩部座側板相連接，所述肩部減速機安裝于所述肩部座側板上，所述肩部伺服電機與所述肩部減速機相連，所述肩部減速機的軸上固定連接所述大臂后端，所述肩部伺服電機通過所述肩部減速機驅動所述大臂前端旋轉；所述腰部包括腰部伺服電機、腰部減速機、中間板和腰部聯軸器，所述腰部伺服電機與所述腰部減速機相連，所述腰部減速機固定在所述中間板上，所述腰部減速機與所述腰部聯軸器相連，所述腰部聯軸器與所述肩部座底板固定連接，所述腰部伺服電機通過所述腰部減速機帶動所述肩部座底板轉動。

進一步地，所述腕部還包括第二數字舵機、第一小u型板、第二小u型板、缺口u型板、大u型板、琴竹固定板和琴竹擋板，所述手腕基座與所述第二數字舵機的第二主舵盤和第二副舵盤連接，所述第二數字舵機與所述第一數字舵機依次通過所述第一小u型板和第二小u型板連接，所述第二小u型板與所述第一數字舵機38的第一主舵盤和第一副舵盤連接；所述第一數字舵機的輸出軸上固定所述大u型板，所述琴竹通過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擋板的一端，所述琴竹擋板的另一端位于所述琴竹的下方。

進一步地，所述機械臂還包括小臂后端、小臂轉接機構蓋、大臂擋板、大同步輪、同步帶、小同步輪、小臂轉接機構軸承、小臂傳動連桿軸承、大同步輪軸承、和大臂前端軸承；所述小臂前端通過螺釘固定在小臂后端上，所述小臂后端通過螺釘固定在小臂轉接機構上，所述小同步輪通過所述同步帶帶動所述大同步輪轉動，所述小臂傳動偏心輪固定在所述大同步輪上，所述小臂傳動偏心輪的頂端通過小臂傳動連桿軸承與小臂傳動連桿上端相連接，小臂傳動連桿的下端通過小臂轉接機構軸承與小臂轉接機構相連接，小臂轉接機構通過小臂轉接機構蓋和大臂前端軸承與大臂前端相連接，大臂后端通過大臂擋板和鍵固定在所述肩部減速機的軸上。

進一步地，所述機械臂還包括限位銷，所述限位銷的一端穿過所述肩部座側板，一端位于所述同步帶的外側。

進一步地，所述機械臂還包括u型板連接座,所述u型板連接座通過螺釘固定在所述小臂前端的頂端，所述手腕基座與所述u型板連接座連接。

進一步地，所述肩部包括肩部座側板、前肩部板筋、后肩部板筋、步進電機減速機、步進電機，所述肩部座側板、前肩部板筋、后肩部板筋均位于所述肩部座底板上，所述肩部減速機安裝在所述肩部座側板的下端，所述肩部減速機輸出軸與所述大同步輪軸承、大臂后端及大臂擋板相連，肩部伺服電機通過肩部減速機驅動大臂前端旋轉，所述步進電機減速機安裝在所述肩部座側板的上端，所述步進電機與所述步進電機減速機相連，步進電機減速機輸出軸通過鍵與所述小同步輪相連接。

進一步地，所述肩部還包括光電開關遮光片、零點光電開關、第一極限位置光電開關和第二極限位置光電開關，所述光電開關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，所述零點光電開關、第一極限位置光電開關和第二極限位置光電開關安裝于所述中間板上；所述零點光電開關位于所述第一極限位置光電開關和第二極限位置光電開關，所述第一極限位置光電開關和第二極限位置光電開關分別位于所述肩部座底板的兩端。

進一步地，所述肩部座底板通過螺釘與肩部座側板和前后兩塊肩部板筋相連接。

進一步地，所述腰部還包括中間板軸承，所述中間板軸承位于所述中間板上，所述腰部聯軸器與所述中間板軸承連接。

進一步地，所述中間板上還固定有z型板，所述z型板固定安裝攝像頭。

進一步地，還包括底座，所述底座包括調節螺釘、底板、底板固定板、底座大法蘭盤、底座圓管、底座小法蘭盤；三個所述調節螺釘分別固定在呈120度角度的三塊底板上，三塊底板通過螺釘固定在底板固定板上，底座大法蘭盤通過螺釘與底板固定板相連接，底座圓管通過螺釘分別與底座大法蘭盤和底座小法蘭盤相連接，底座小法蘭盤通過螺釘固定在中間板上。

與相關技術比較，本發明的實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：本發明的揚琴自動演奏的機器人結構，腕部的第一數字舵機驅動琴竹移動，在揚琴上演奏，所述的機械臂由小臂傳動偏心輪、大臂前端、大臂后端、小臂轉接機構、小臂傳動連桿構成了一個平行四邊形的結構，在揚琴演奏過程中，腰部伺服電機驅動肩部座底板轉動從而帶動肩部的移動，所述肩部伺服電機通過所述肩部減速機驅動所述大臂前端旋轉，即帶動所述機械臂的轉動，平行四邊形的結構的所述機械臂的剛度更好，運動更為靈活，即琴竹的空間移動位置更為靈活準確，穩定性好。

附圖說明

圖1是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的示意圖；

圖2是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的部分結構正視圖；

圖3是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的部分結構后視圖；

圖4是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的腕部結構圖；

圖5是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的腕部結構爆炸圖；

圖6是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的機械臂結構爆炸圖；

圖7是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的肩部結構爆炸圖；

圖8是本發明實施例揚琴智能演奏的機器人結構的腰部結構爆炸圖。

其中：1—調節螺釘；2—底板；3—底板固定板；4—底座大法蘭盤；5—底座圓管；6—小臂前端；7—小臂后端；8—小臂轉接機構；9—小臂轉接蓋；10—大臂前端；11—腰部伺服電機；12—腰部減速機；13—大臂后端；14—小臂轉接連桿；15—大臂擋板；16—小臂傳動偏心輪；17—大同步輪；18—同步帶；19—小同步輪；20—肩部座側板；21—第一肩部板筋；22—步進電機減速機；23—肩部減速機；24—步進電機；25—肩部座底板；26—肩部伺服電機；27—第一極限位置光電開關；28—z型板；29—攝像頭；30—中間板；31—u型板連接座；32—手腕基座；33—第二主舵盤；34—第二數字舵機；35—第二副舵盤；36—第一小u型板；37—第一小u型板；38—第一數字舵機；39—缺口u型板；40—大u型板；41—琴竹固定板；42—琴竹；43—琴竹擋板；44—第一副舵盤；45—第一主舵盤；46—小臂轉接軸承；47—小臂傳動連桿軸承；48—大同步帶軸承；49—腰部聯軸器；50—第二肩部板筋；51—光電開關遮光片；52—零點光電開關；53—第二極限位置光電開關；54—中間板軸承；55—大臂前端軸承；56—底座小法蘭盤；57-限位銷；100-腕部；200-機械臂；300-腰部；400-肩部。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。

參照附圖1、2和3，一種揚琴智能演奏的機器人結構,包括腕部100、機械臂200、腰部300和肩部400；所述腕部100與所述機械臂200連接，所述機械臂200與所述肩部400連接，所述肩部400與所述腰部300連接；所述腕部100包括手腕基座32、第一數字舵機38和琴竹42，所述第一數字舵機38驅動所述琴竹42運動，演奏過程中，第一數字舵機38驅動琴竹42的移動，實現琴竹42在揚琴上敲擊演奏；所述機械臂200包括小臂前端6、小臂轉接機構8、大臂前端10、大臂后端13、小臂傳動連桿14和小臂傳動偏心輪16，所述小臂前端6與所述手腕基座32連接，所述小臂前端6與所述小臂轉接機構8連接，所述小臂轉接機構8與大臂前端10相連接，所述大臂前端10和大臂后端13相連接，所述小臂傳動連桿14的上端與所述小臂傳動偏心輪16連接，其下端與所述小臂轉接機構8連接；所述小臂傳動偏心輪16、大臂前端10、大臂后端13、小臂轉接機構8、小臂傳動連桿14構成了一個平行四邊形結構，使得演奏過程中所述機械臂200的剛度更好，運動更為靈活，實現琴竹42可穩定準確的在揚琴上敲擊；所述肩部400包括肩部座側板20、肩部減速機23、肩部座底板25和肩部伺服電機26；所述肩部座側板20與所述肩部座底板25相連接，所述肩部減速機23安裝于所述肩部座側板20上，所述肩部伺服電機26與所述肩部減速機23相連，所述肩部減速機23的軸上固定連接所述大臂后端13，所述肩部伺服電機26通過所述肩部減速機23驅動所述大臂前端10旋轉；所述腰部300包括腰部伺服電機11、腰部減速機12、中間板30和腰部聯軸器49，所述腰部伺服電機11與所述腰部減速機12相連，所述腰部減速機12位于所述中間板30的下方，所述腰部減速機12與所述腰部聯軸器49相連，所述腰部聯軸器49與所述肩部座底板25固定連接，所述腰部伺服電機11通過所述腰部減速機12帶動所述肩部座底板25轉動。所述肩部400與所述腰部300的中間板30連接，腰部300固定不動，腰部伺服電機11通過所述腰部減速機12帶動所述肩部座底板25轉動，而肩部伺服電機26通過所述肩部減速機23驅動所述大臂前端10旋轉，即肩部400與機械臂200可同時旋轉移動，進一步保證了演奏的穩定性和準確性。

優選地，所述腕部100、機械臂200和肩部400均分別對稱設置兩部分，所述腰部300除中間板30均對稱設置兩部分。

優選地，參照附圖4、5，所述腕部100還包括第二數字舵機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和琴竹擋板43，所述手腕基座32與所述第二數字舵機34的第二主舵盤33和第二副舵盤35連接，所述第二數字舵機34與所述第一數字舵機38依次通過所述第一小u型板36和第二小u型板37連接，所述第二小u型板37與所述第一數字舵機38的第一主舵盤45和第一副舵盤44連接；所述第一數字舵機38的輸出軸上固定所述大u型板40，所述琴竹42通過所述琴竹固定板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上固定所述琴竹擋板43的一端，所述琴竹擋板43的另一端位于所述琴竹42的下方，對琴竹42起到支撐作用，保證琴竹42在揚琴上敲擊時的穩定性。所述腕部100的驅動是通過所述第一數字舵機38、第二數字舵機34來實現運動的，所述第一數字舵機34驅動琴竹42在揚琴上實現敲擊動作，所述第二數字舵機34用來調節琴竹42與揚琴琴面的水平度，在敲擊時盡量保證琴竹42平行于琴面。

優選地，參照附圖6、7，所述機械臂200還包括小臂后端7、小臂轉接蓋9、大臂擋板15、大同步輪17、同步帶18、小同步輪19、小臂轉接軸承46、小臂傳動連桿軸承47、大同步輪軸承48、大臂前端軸承55；所述小臂前端6通過螺釘固定在小臂后端7上，所述小臂后端7通過螺釘固定在小臂轉接機構8上，所述小同步輪19通過所述同步帶18帶動所述大同步輪17轉動，所述小臂傳動偏心輪16固定在所述大同步輪17上，所述小臂傳動偏心輪16的頂端通過小臂傳動連桿軸承47與小臂傳動連桿14上端相連接，小臂傳動連桿14的下端通過小臂轉接機構軸承46與小臂轉接機構8相連接，小臂轉接機構8通過小臂轉接蓋9和大臂前端軸承55與大臂前端10相連接，大臂后端13通過大臂擋板15和鍵固定在所述肩部減速機23的軸上。

優選地，參照附圖6，所述機械臂200還包括u型板連接座31,所述u型板連接座31通過螺釘固定在所述小臂前端6的頂端，所述手腕基座32與所述u型板連接座31連接。實現腕部100與機械臂200的連接。

優選地，參照附圖7，所述機械臂200還包括限位銷57，所述限位銷57的一端穿過所述肩部座側板20，另一端位于所述同步帶18的外側，保證同步帶18轉動過程中位置不偏移。

優選地，參照附圖7、8，所述肩部400包括前肩部板筋21、后肩部板筋50、步進電機減速機22、步進電機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，所述肩部減速機23安裝在所述肩部座側板20的下端，所述肩部減速機23輸出軸與所述大同步輪軸承48、大臂后端13及大臂擋板15相連，肩部伺服電機26通過肩部減速機23后驅動大臂前端6旋轉，所述步進電機減速機22安裝在所述肩部座側板20的上端，所述步進電機24與所述步進電機減速機22相連，步進電機減速機22輸出軸通過鍵與所述小同步輪19相連接。

所述步進電機24帶動步進電機減速機22運動，步進電機減速機22通過鍵帶動小同步輪19轉動，小同步輪19通過同步帶18帶動大同步輪17運動，大同步輪17與小臂傳動偏心輪16通過螺釘固連在一起，從而大同步輪17轉動帶動小臂傳動偏心輪16轉動，小臂傳動偏心輪16通過小臂轉接軸承46連接帶動小臂傳動連桿14運動，小臂傳動連桿14通過大臂前端軸承55連接帶動小臂轉接機構8運動，小臂轉接機構8通過螺釘連接帶動小臂后端7作旋轉運動。

所述肩部伺服電機26帶動肩部減速機23轉動，大同步輪17通過大同步輪軸承48固定在肩部減速機23上，軸承外圈與大同步輪17內圈過盈配合，軸承內圈與肩部減速機23軸過盈配合。因此，肩部減速機23轉動并不會帶動大同步輪17轉動，肩部減速機23頂端通過鍵和大臂擋板15與大臂后端13固連在一起，從而肩部伺服電機26轉動帶動大臂后端13作旋轉運動，也帶動所述大臂前端10作相應運動，即大臂前端10、大臂后端13與所述小臂前端6、小臂后端7之間的旋轉運動是相互獨立的。

優選地，所述肩部座底板25通過螺釘與肩部座側板20、前肩部板筋21和后肩部板筋50相連接。

優選地，參照附圖8，所述肩部400還包括光電開關遮光片51、零點光電開關52、第一極限位置光電開關27和第二極限位置光電開關53，所述光電開關遮光片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，所述零點光電開關52、第一極限位置光電開關27和第二極限位置光電開關53安裝于所述中間板30上；所述零點光電開關52位于所述第一極限位置光電開關27和第二極限位置光電開關53中間，所述第一極限位置光電開關27和第二極限位置光電開關53分別位于所述肩部座底板25的兩端。所述光電開關遮光片51與零點光電開關52用于確定演奏前肩部400的初始位置，所述第一極限位置光電開關27和第二極限位置光電開關53用于確定肩部400前后兩方位旋轉的極限位置；當肩部300運動到至前后極限位置或初始位置時，所述光電開關遮光片51正好處于所述零點光電開關52、第一極限位置光電開關27或第二極限位置光電開關53的u型槽中間，所述零點光電開關52、第一極限位置光電開關27或第二極限位置光電開關53將遮光信號反饋到控制系統，從而控制肩部座底板25在某一個角度范圍內作旋轉運動。

優選地，參照附圖8，所述腰部300還包括中間板軸承54，所述中間板軸承54位于所述中間板30上，所述腰部聯軸器49與所述中間板軸承54連接。實現腰部伺服電機11通過所述腰部減速機12帶動所述肩部座底板25的轉動。

優選地，參照附圖8，所述中間板30上還固定有z型板28，所述z型板28固定安裝攝像頭29。攝像頭29的作用拍攝揚琴琴譜圖片并傳輸到控制系統，控制系統對所述揚琴琴譜圖片進行識別處理，讓機器人作出相應的運動，從而實現機器人能智能演奏不同的曲目。

優選地，參照附圖1，還包括底座500，所述底座500包括調節螺釘1、底板2、底板固定板3、底座大法蘭盤4、底座圓管5、底座小法蘭盤56；三個所述調節螺釘1分別固定在呈120度角度的三塊底板2上，三塊底板2通過螺釘固定在底板固定板3上，底座大法蘭盤4通過螺釘與底板固定板3相連接，底座圓管5通過螺釘分別與底座大法蘭盤4和底座小法蘭盤56相連接，底座小法蘭盤56通過螺釘固定在中間板30上。底座500支撐所述中間板30，便于本發明實施例的機器人能穩定的轉動、演奏揚琴。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達技術方案的清楚及方便。應當理解，所述方位詞的使用不應限制本申請請求保護的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實施例及實施例中的特征可以相互結合。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。