[发明专利]智能钢琴弹奏系统

权利要求书

1.一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：包括执行单元和控制单元，所述执行单元包括水平导轨和能够在水平导轨上左右移动的两只机械手；所述水平导轨有一个底座支架（1），底座支架（1）顶面设有两根相互平行的水平导杆（2），底座支架（1）下部设有与导杆（2）平行的齿条（10）；所述机械手包括底盘（3），底盘（3）前部由手指支架（13）枢接有7根仿生手指（8），底盘（3）后部设有控制手指（8）完成敲击动作的舵机（6）；所述舵机（6）由手指连动杆（7）与手指（8）连接；底盘（3）下部设有与导杆（2）滑动配合连接的箱式单元滑块（17），以及能够使机械手左右平移的步进电机（15）；所述步进电机（15）的输出轴上安装有与齿条（10）啮合连接的齿轮（16）；所述控制单元包括上位机（11）和下位机（9），所述上位机（11）包括总控平台、显示单元、乐谱输入单元、乐谱识别单元及RS232串行通信接口；所述乐谱输入单元与乐谱识别单元连接；显示单元及乐谱识别单元均与总控平台连接；所述下位机（9）安装于机械手上，包括STM32嵌入式控制芯片、RS232串行通信接口和定时器脉冲输出模块；定时器脉冲输出模块分别与STM32嵌入式控制芯片及机械手连接；STM32嵌入式控制芯片由RS232接口与总控平台连接。

2.根据权利要求1所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：所述手指支架（13）由螺栓固定安装于底盘（3）的前侧，手指（8）为弧形，手指（8）前端向下对准钢琴（12）键盘，手指支架（13）的顶部及手指（8）的后端下部对应设有通孔，一根长轴依次穿过七根手指（8）及手指支架（13），每一根手指（8）均由轴承与长轴旋转连接；手指（8）后部向上延伸，顶端设有能够穿入手指连动杆（7）的杆孔，手指连动杆（7）的另一端由连接卡子（14）与舵机（6）连接，保证舵机臂与手指连动杆（7）紧密咬合；一个舵机（6）控制一个手指（8）。

3.根据权利要求2所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：手指连动杆（7）采用2mm钢丝做成。

4.根据权利要求1或2所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：所述舵机（6）固定安装于舵机支架（5）上，一个舵机支架（5）安装一个舵机（6），舵机支架（5）安装在固定于底盘（3）后部的抬升架（4）上，以提高舵机（6）的安装高度，使舵机臂转动平面与手指（8）顶端处于同一平面。

5.根据权利要求1所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：每只机械手上均安装有一个下位机（9），所述下位机（9）与该机械手上的步进电机（15）及每个舵机（6）连接。

6.根据权利要求1所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：所述底座支架（1）由5mm钢板构成。

7.根据权利要求1所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：所述机械手底盘（3）为200mm×170mm×5mm的铝板。

8.根据权利要求1所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：所述箱式单元滑块（17）内部设有滚珠。

9.根据权利要求1所述一种智能钢琴弹奏系统，其特征是：本发明的工作原理为：普通音乐的音域变化范围超过14个度，一般难度的乐谱其音域不会发生大的跳变，相邻两个最大跳变不会超过7个度，本发明设了两只机械手，每个机械手上有7根手指（8），满足一个音域内每个按键对应一根手指（8），手指（8）在弹奏的过程中要不停移动，为了满足演奏及移动量最小化需求，本发明采用了滑动窗口算法，即把7根手指（8）看作一个窗口，此窗口的容量是7，首先设定一个阈值将乐谱分为两部分，阈值的设定是一段乐谱的最小值加7，然后对于小于阈值那一部分乐谱进行统计，一段乐谱中若最大偏差小于7分配一个窗口，同样对于大于阈值最大偏差小于7的分配另一个窗口，分配好窗口的过程也就是一个机械手移动并分配位置的一个过程，然后按照乐谱值与该段最小值的偏差来分配手指（8）的按下或弹起，若遇到偏差大于7的直行分配窗口的操作。