一种演奏葫芦丝的机器人及控制方法

摘要

本发明公开了一种演奏葫芦丝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指部、身体运行关节部、脸部、葫芦丝，机器人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指控制伺服系统、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；控制方法包括以下步骤：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。本发明具有高仿真度，在国内外首次实现了通过按孔和调节孔距来定音的演奏葫芦丝的机器人。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种演奏葫芦丝的机器人及控制方法。

背景技术

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葫芦丝，目前国内外还没有这方面的机器人，特别是通过按孔和调节孔距来定音的吹奏乐器机器人则更是没有，本发明的申请人致力于开发一种具有高仿真度，且能实现按孔和调节孔距来定音的演奏葫芦丝的机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种演奏葫芦丝的机器人及控制方法，它具有高仿真度，在国内外首次实现了通过按孔和调节孔距来定音的演奏葫芦丝的机器人。

实现上述目的的技术方案是：

本发明之一的一种演奏葫芦丝的机器人，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指部、身体运行关节部、脸部、葫芦丝，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指控制伺服系统、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葫芦丝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；

所述的手指控制伺服系统接受主控制嵌入式电脑装置的各种演奏命令，通过步进电机驱动机器人本体的手指部进行动作；

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、双手持葫芦丝放入口中和取下的动作；

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；

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吹奏命令，通过控制一总气泵来控制该总气泵产生的压缩空气，采用一伺服调压装置调节气流压力的大小和流速，实现输入机器人本体中的嘴唇气流的精确控制，达到乐器发出声音的大小和微调音调。

上述的演奏葫芦丝的机器人，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。

上述的演奏葫芦丝的机器人，其中，还包括一与所述的主控制嵌入式电脑装置相连的示教模块，该示教模块接受外部输入的吹奏信号，输出信号给所述的主控制嵌入式电脑装置以实现模拟真人即时的仿真演奏。

本发明之二的一种演奏葫芦丝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。

上述的演奏葫芦丝的机器人的控制方法，其中，所述的执行命令步骤中，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、示教命令，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；

所述的示教命令为通过主控制嵌入式电脑装置控制示教模块进行模拟真人即时的仿真演奏。

上述的演奏葫芦丝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。

上述的演奏葫芦丝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，则根据曲目读取数据到随机存取存储器；

读取信息，从随机存取存储器中读取数据流音符、时间、气压信息；

输出手指动作及气压，根据读取到的信息，输出手指动作以及气压信息；

等待，等待手指结束动作；

检测，首先检测演奏葫芦丝的机器人是否受到保护，若受到保护，即演奏葫芦丝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，即演奏葫芦丝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，则读入下一帧数据；

预准备，读入下一帧数据后，演奏葫芦丝的机器人的手指的动作进入预准备状态；

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，则返回输出手指动作及气压步骤。

本发明的有益效果是：本发明的机器人能够实现演奏葫芦丝乐器，并且能够模拟人的脸部表情和动作；通过调节气流压力的大小和流速，实现输入机器人中的嘴唇气流的精确控制，达到乐器发出声音的大小和微调音调，实现了非键盘普通葫芦丝民族乐器的惟妙惟肖的独立演奏和合奏；实现了吹奏乐器从机器人的口中的放入和、取出，使得机器人演奏更逼真；能进行模拟真人实现立即的仿真演奏。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葫芦丝，使人们进一步了解了悠久的中国文明。

附图说明

图1是本发明之一的演奏葫芦丝的机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，图中示出了本发明之一的一种演奏葫芦丝的机器人，该机器人与上位乐队的控制计算机8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指部(图中未示出)、身体运行关节部(图中未示出)、脸部(图中未示出)、葫芦丝(图中未示出)，本发明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相连的手指控制伺服系统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、示教模块6、数据采集和故障显示装置7，其中：

主控制嵌入式电脑装置1实现对演奏葫芦丝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8进行通信，接受上位乐队的控制计算机8的演奏乐曲的信息，发送给上位乐队的控制计算机8各种状态的数据；

手指控制伺服系统2接受主控制嵌入式电脑装置1的各种演奏命令，通过步进电机(图中未示出)驱动机器人本体的手指部进行动作，具有精度高、优秀的起停和反转响应、可靠性较高等特点，在葫芦丝中用在手指驱动上，其效果是能够很好的快速控制演奏，达到优良的演出效果；

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(图中未示出)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、双手持葫芦丝放入口中和取下等多种动作；

脸部表情控制伺服系统4接受主控制嵌入式电脑装置1的表情命令，通过多个微电机(图中未示出)和微气缸驱动(图中未示出)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，实现高仿真的机器人的眨眼、眯眼、转眼、微笑、开口说话等复杂的表情动作；

气源和气压控制系统5接受主控制嵌入式电脑装置1的吹奏命令，通过控制一总气泵(图中未示出)来控制该总气泵产生的压缩空气，采用一伺服调压装置(图中未示出)调节气流压力的大小和流速，实现输入机器人本体中的嘴唇气流的精确控制，达到乐器发出声音的大小和微调音调。

示教模块6接受外部输入的吹奏信号，输出信号给主控制嵌入式电脑装置1以实现模拟真人即时的仿真演奏。

数据采集和故障显示装置7通过主控制嵌入式电脑装置1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，故障显示是为了直观的观察各部件的检测复位，通过检测各部件的工作状态及信息经过逻辑处理进行相应操作和提示，防止故障的进一步扩大，使得对系统维护人员的要求降低。

本发明之二的一种演奏葫芦丝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，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、示教命令，其中：准备命令为机器人执行准备动作；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；应急命令为演奏应急歌曲；休眠命令为表演休眠动作；报幕命令为控制机器人进行报幕动作；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；停止命令为控制机器人动作停止；示教命令为通过主控制嵌入式电脑装置控制示教模块进行模拟真人即时的仿真演奏。

在执行命令时，具体包括以下步骤：

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。

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，则根据曲目读取数据到随机存取存储器；

读取信息，从随机存取存储器中读取数据流音符、时间、气压信息；

输出手指动作及气压，根据读取到的信息，输出手指动作以及气压信息；

等待，等待手指结束动作；

检测，首先检测演奏葫芦丝的机器人是否受到保护，若受到保护，即演奏葫芦丝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，即演奏葫芦丝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，则读入下一帧数据；

预准备，读入下一帧数据后，演奏葫芦丝的机器人的手指的动作进入预准备状态；

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，则返回输出手指动作及气压步骤。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。