[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

说明书

本发明公开了一种基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法、系统及装置。所述系统包括乐谱存储解析模块、弹琴动作序列生成模块、动作指令生成发送模块和动作指令接收执行模块。利用乐谱存储解析模块，完成对乐谱信息的读取。然后利用弹琴动作序列生成模块，得到仿人臂爪的弹琴动作序列。接着利用动作指令生成发送模块，将臂爪动作转换为对应的动作指令，并发送到臂爪执行端。最后利用动作指令接收执行模块，完成机械臂、爪对动作指令的接收和执行，最终实现仿人臂爪机器人对钢琴的演奏。基于本发明所提供的方法，仿人臂爪弹琴机器人能够充分发挥臂、爪的性能，高效稳定的实现较好的钢琴演奏效果。

技术领域

本发明属于自动弹琴机器人技术领域，尤其涉及基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法、系统及装置。

背景技术

音乐作为一种艺术，对提高人的道德情操、个人修养都有很好的作用。它通过有节奏的声音起伏与人类体内的节奏产生共鸣，激发人类的情感。钢琴凭借宽广的音域、强大的表现力、十足的张力等优点，被授予“乐器之王”的美称。音乐构成的四要素：音的高低、音的长短、音的强度、音色。因此要保证音乐的好听，就必须控制好这四个要素。

随着机器人技术的发展，音乐演奏机器人逐渐走进人们的生活，现有的音乐演奏机器人大多是追求一种声音上的演奏，而没有较强的视觉冲击，比如现有的钢琴自动演奏系统只是实现了音乐的重放，却不能让人通过视觉产生共鸣。

现有技术中公开的弹琴机器人具有仿人臂爪，由左右手臂和左右手爪构成。弹琴机器人通过仿人的动作进行音乐演奏，具有如下技术问题：（1）由于手臂移动不同距离的性能不同，手爪不同手指的弹奏性能也不同，现有技术中没有根据臂爪的实际性能分配他们的动作，无法充分发挥手臂和手爪的性能。（2）双臂动作执行冲突，臂爪动作的同步性差，导致演奏效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出了一种基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法、系统及装置，使得机器人可以实现较好的钢琴演奏效果。

本发明的上述目的通过以下技术方案得以实施的：本发明实施例的第一方面提供了一种基于仿人臂爪机器人的弹琴动作控制方法，包括如下步骤：

S1、对乐谱存储并解析得到乐谱信息；

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；

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。

进一步地，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。

进一步地，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琴面的88个按键编号上；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；