[发明专利]基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法、系统及装置

权利要求书

1.一种基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对乐谱存储并解析得到乐谱信息；

对乐谱存储具体为：将琴谱存储于excel表格中，将包括乐谱的节拍在内的表格乐谱信息param、左手的乐谱信息l和右手的乐谱信息r存储于表格首列；利用数字表示音符信息，其中：个位数字表示音符高低；十位和正负号表示音区；小数0.5表示升半调；数字0表示休止符；每一行都以“|”符号作为乐谱的结束标志位；

S2、根据步骤S1解析得到的乐谱信息，结合手臂和手爪的性能，规划手臂和手爪的动作最优组合；

所述步骤S2中采用动态规划，将手臂不同移动距离的性能、不同手指的动作执行性能作为影响因素，实现手臂和手爪最优组合动作的规划，得到手臂和手爪的动作最优组合；具体包含如下子步骤：

S2.1、依据手爪的五个手指包括动作速度、动作范围在内的具体性能分别对其设定评分，依据机械臂在不同移动距离下的包括移动时间及轨迹稳定性在内的实际性能对其设定评分；

S2.2、将解析的乐谱信息中的音符映射到对应的88个琴面按键编号上；对机械手指进行编号；对机械臂位置进行编号，机械臂的位置编号为当前机械臂的大拇指所在钢琴琴键位置上对应的琴键编号；

S2.3、读取当前音符信息，按照音符演奏顺序，通过遍历琴键寻找演奏当前音符的所有手爪组合动作；并依据步骤S2.1中设定的手指的评分，对每种动作组合所分配的手指计算手指动作价值；

S2.4、按照音符演奏顺序，计算相邻两个音符经步骤S2.3得到的所有臂爪动作组合间的手臂移动距离，并依据步骤S2.1中设定的手臂移动距离的评分计算每种组合的移动价值；

S2.5、重复步骤S2.3~ S2.4直至计算完整首乐谱，计算所有臂爪组合动作的评分，并将移动价值最高分值对应的路径作为手臂和手爪的动作最优组合；

S3、根据步骤S2得到的手臂和手爪的动作最优组合，结合乐谱信息，生成演奏动作序列；

S4、根据步骤S1解析得到的乐谱信息，将步骤S3得到的演奏动作序列转化为对应的动作指令；

S5、同步发送步骤S4得到的动作指令至手臂和手爪执行器；

S6、手臂和手爪执行器动作接收动作指令，并通过多线程控制手臂和手爪动作的同步配合执行。

2.如权利要求1所述的基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据步骤S2得到的手臂和手爪的动作最优组合，结合包括乐谱演奏速度、演奏风格在内的乐谱信息，规划得到的手臂和手爪的组合动作等信息，生成具体的演奏动作序列；所述演奏动作序列包括：当前音符距离乐谱开头的拍数；当前音符需要演奏的手指的编号；当前音符的手臂位置信息及下一个音符的手臂位置信息；当前音符的持续拍数。

3.如权利要求1所述的基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据包括音乐的演奏速度、演奏风格在内的乐谱信息，将步骤S3得到的臂爪动作参数转化为对应的手臂和手指的动作指令，并将该动作指令同步发送手臂和手指执行器；

其中所述手臂和手指的动作指令具体包括：

手指动作指令：需要动作的手指编号、手指开始按下的时间、手指按下的速度、手指按下动作持续时间、手指开始抬起的时间；

手臂动作指令：左右臂的动作模式、手臂开始移动的时间、手臂移动的目标位置；所述左右臂的动作模式包括双臂动作和单臂动作两种模式，其中，手臂开始移动时间等于手指抬起时间。

4.如权利要求3所述的基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法，其特征在于，所述手指按下动作持续时间为当前音符占有的拍数乘手指按下时间占整个音符的比例除以整首音乐的演奏速度。