基于树莓派的葫芦丝演奏机器人设计与开发

摘要

音乐机器人是指能够自动演奏某种乐器的机器人，集声学、乐器乐理理论、信号处理、模式识别和智能控制等多个研究领域为一体，涉及硬件和软件设计。近年来，音乐机器人作为机器人领域的一个新兴研究分支，其研究和开发越来越受到人们的重视。但目前，对于音乐机器人的研究还主要集中在国外，国内对于音乐机器人，特别是对管乐器演奏机器人的研究还很少。鉴于此，本文设计并开发了一种基于树莓派的葫芦丝演奏机器人。
　　首先，在分析国内外音乐机器人研究现状的基础上，基于树莓派研究并设计了葫芦丝演奏机器人的整体机械结构、硬件电路和相应的软件控制系统。然后，研究了葫芦丝乐音识别技术。在葫芦丝演奏机器人系统中引入了声音检测环节，通过声音采集模块抽样采集葫芦丝演奏的乐音信号，对乐音音符的基音频率进行识别。根据葫芦丝演奏机器人的特点，设计了一种基于标准基音频率的带通滤波器，消除了噪声和谐波的干扰，再在此基础上采用改进的谐波峰值法求取信号的基音频率，以此监测葫芦丝机器人的演奏状况。并针对所设计的葫芦丝机器人的乐音识别效果进行了对比实验，实验结果验证了本文设计算法的可行性，且具有更好的稳定性和抗干扰能力。最后，通过实验测量研究了气压变化和手指抬起高度对于葫芦丝演奏效果的影响，确定了最佳的系统控制参数，改善了葫芦丝演奏效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 音乐机器人的国内外研究现状

1．2．2 单音检测算法的国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 章节安排

第2章 葫芦丝演奏机器人原理及方案设计

2．1 葫芦丝构造及演奏原理分析

2．2 葫芦丝演奏机器人系统结构和功能分析

2．3 葫芦丝演奏机器人机械结构设计

2．3．1 口风控制模块设计

2．3．2 手指控制模块设计

2．3．3 系统结构设计

2．4 本章小结

第3章 基于树莓派葫芦丝演奏机器人系统设计及实现

3．1 系统硬件设计

3．1．1 硬件平台

3．1．2 电源设计

3．1．3 树莓派控制模块

3．1．4 驱动电路设计

3．1．5 声音采集模块设计

3．2 系统软件设计

3．3 本章小结

第4章 葫芦丝乐音识别设计与实现

4．1 乐音音符识别原理

4．2 乐音信号的采集

4．3 乐音信号的预处理分析

4．3 一种改进的FIR数字带通滤波器设计

4．4 乐音信号的基音提取

4．3．1 基音检测算法设计

4．3．2 基音提取实验与分析

4．4 本章小结

第5章 葫芦丝演奏性能实验与分析

5．1 口风模块参数确定

5．2 手指模块参数确定

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目