一种压弦机构及其应用的自动演奏装置的制作方法

本发明涉及一种演奏装置，尤其涉及一种压弦机构及其应用的自动演奏装置。

背景技术：

现有的弦乐器如吉他或琵琶等通常通过拨动和按压琴弦实现演奏，随着机器智能化和自动化的发展，近年来机器人技术也逐渐开始应用于上述弦乐器中。

现有的压弦乐器机器人通过提供气缸安装基座，并在气缸安装基座上设置与弦乐器如吉他每个品的每个弦一一对应的压弦气缸，在压弦气缸的输出端设置击弦垫，通过压弦气缸的上下运动击打或按压琴弦。上述结构具有响应迅速的优点，但缺点也十分明显，即需要与所有按压部位数量一一对应的压弦气缸进行压弦操作，压弦气缸数量十分庞大，排布密集，一方面增加了压弦乐机器人的生产材料成本，另一方面也增加了压弦乐机器人的组装难度，同时，较多的气缸使得压弦乐机器人的重量较大，故障率也较高，不利于后续的保养和维修。

技术实现要素：

为克服现有的压弦乐机器人的成本高、组装难度大，保养维护不便的问题，本发明实施例提供了一种压弦机构，包括与乐器本体相对固定的支架本体，还包括设置于琴弦上方的若干压弦组件，各所述压弦组件包括安装在支架本体上的电机和第一滑轨、可滑动的设置在第一滑轨上的压弦模组以及由电机驱动的皮带组件，所述皮带组件包括皮带和滑轮，所述第一滑轨和皮带平行于琴弦设置，所述压弦模组与皮带连接，所述电机控制所述皮带以调整所述压弦模组在琴弦长度方向上的行程，各所述压弦模组包括驱动装置、模组本体以及设置在模组本体上与琴弦数量对应的压弦单元，所述驱动装置用于驱动压弦单元按压对应的琴弦。

进一步，上述所述模组本体于内部形成有供压弦单元设置的竖向空腔，所述竖向空腔于底部形成有供压弦单元伸出的第一开口。

进一步，上述所述压弦单元包括气缸以及设于气缸气杆末端的橡胶头，所述气缸设于所述竖向空腔内，所述橡胶头伸出所述第一开口并用于按压所述琴弦，所述驱动装置为气泵，所述模组本体还包括连通所述竖向空腔与模组本体侧面的贯通槽，所述贯通槽于所述模组本体侧面形成第二开口，所述贯通槽用于放置与气泵连通的气压管。

进一步，上述所述模组本体包括相对设置的第一夹片和第二夹片，所述第一夹片和第二夹片之间形成所述竖向空腔和贯通槽，所述第一夹片和第二夹片通过可拆卸的锁扣连接。

进一步，上述所述压弦模组还包括设于模组本体上方的连接件和第一滑块，所述连接件通过插销可选的固定在所述模组本体顶部横向排列的多个插接口内，所述第一滑块设置在所述第一滑轨上，各所述压弦组件的连接件固定于所述模组本体的对应插接口处，以使所有压弦组件的模组本体在水平方向上对齐设置。

进一步，上述所述连接件于与第一滑块的连接处形成有供所述皮带正向穿过的第一避让孔，所述连接件中部形成有供所述皮带反向穿过的第二避让孔，所述压弦模组于连接件的第一避让孔或第二避让孔处与皮带固定连接。

进一步，上述所述压弦机构还包括设于模组本体两侧的第二滑轨，所述模组本体还包括对应设于所述第二滑轨上方的支撑臂，所述支撑臂通过第二滑块支撑在所述第二滑轨上方。

进一步，上述所述压弦机构还包括用于固定滑轮的相对设置的“u”形支架，各所述“u”形支架包括位于上方的连接臂以及位于下方的安装梁，所述连接臂与支架本体连接，所述相对设置的“u”形支架的安装梁之间用于安装所述滑轮，所述相对设置的“u”形支架的连接臂之间用于固定所述第一滑轨。

本发明实施例还提供了一种自动演奏装置，包括控制系统，还包括上述任一项所述的压弦机构，所述控制系统至少用于控制所述电机和所述驱动装置。

进一步，上述自动演奏装置还包括由所述控制系统控制的拨弦机构，所述拨弦机构设置在与乐器本体相对固定的基座上，所述拨弦机构还包括由所述控制系统控制的多个拨弦组件，各拨弦组件横向设置在所述乐器本体的音腔处，各所述拨弦组件包括设于所述基座上的舵机、由所述舵机传动的连接臂、与乐器本体相对固定的限位器以及设于连接臂端部的拨片，所述连接臂包括位于末段的摆臂，所述限位器与摆臂铰接，所述拨片设于摆臂端部，所述拨片底端靠近对应的琴弦，以使当所述舵机控制所述连接臂摆动时，所述摆臂受所述限位器限制往复摆动，带动所述拨片沿第一轨迹运动以拨动所述琴弦，所述第一轨迹包括钟摆轨迹。

本发明实施例通过在琴弦上方设置若干压弦组件，各压弦组件包括与琴弦平行设置的第一滑轨和皮带组件，还包括可滑动设置在第一滑轨上并与皮带组件连接的压弦模组，皮带组件由电机控制，使得压弦模组可以在电机的作用下随皮带组件的皮带平行于琴弦移动，使得同一压弦组件的压弦模组可以移动至琴弦的任意长度行程处，单一压弦组件具备按压多个位置（如吉他的多个品）的条件，实验证明，当压弦机构采用二至三个压弦组件时，即可满足乐器演奏需要，压弦单元如气缸的数量可以减少至12或18个，极大的节省了压弦机构的生产材料成本，也降低了压弦机构的组装难度，同时，本实施例的压弦机构的重量较小，乐器可以根据需要倾斜或竖直设置，更贴近人物演奏乐器时的乐器放置和发声角度，最后，采用较少压弦单元降低了故障率，也利于后续的保养和维修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的压弦机构的立体图；

图2是图2的爆炸视图；

图3是图1隐藏其中两个压弦模组后的立体图；

图4是本发明第一实施例的模组本体的立体图；

图5是本发明第一实施例的第一夹片的正视图；

图6是本发明第二实施例的自动演奏装置应用于吉他的立体图；

图7是图6的左视图；

图8是本发明第二实施例的拨弦组件的立体图；

图9是图8的爆炸视图；

图10是图8隐藏其中两个拨弦机构及对应的横向支架后的立体图；

图11是图10的另一个视角的立体图；

图12是本发明第二实施例的限位器的立体图；

图13是本发明第二实施例的舵机安装座的立体图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

当本发明实施例提及“第一”、“第二”（若存在）等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”（若存在）应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例：

请参照图1至图5所示，本发明实施例公开了一种压弦机构1，包括用于与乐器本体相对固定的支架本体（图中未示出），还包括设置于琴弦上方的若干压弦组件，各所述压弦组件包括安装在支架本体上的电机11和第一滑轨12、可滑动的设置在第一滑轨12上的压弦模组13以及由电机11驱动的皮带组件14，所述皮带组件14包括皮带141和滑轮142，所述第一滑轨12和皮带141平行于琴弦设置，所述压弦模组13与皮带141连接，所述电机11控制所述皮带141以调整所述压弦模组13在琴弦长度方向上的行程，各所述压弦模组13包括驱动装置（图中未示出）、模组本体131以及设置在模组本体132上与琴弦数量对应的压弦单元（图中未示出），所述驱动装置用于驱动压弦单元按压对应的琴弦。

作为一种示例而非限定，本实施例的支架本体可以采用框架式支架本体，电机11和第一滑轨12可以通过该框架式支架本体固定连接，框架式支架本体可以固定安装在乐器背面或中轴线上，支架本体的具体结构本发明不作限制。

作为一种具体实现方案而非限定，上述所述模组本体131于内部形成有供压弦单元设置的竖向空腔1311，所述竖向空腔1311于底部形成有供压弦单元伸出的第一开口1312。

进一步的，上述所述压弦单元包括气缸以及设于气缸气杆末端的橡胶头，所述气缸设于所述竖向空腔1311内，所述橡胶头伸出所述第一开口1312并用于按压所述琴弦，所述驱动装置为气泵，所述模组本体131还包括连通所述竖向空腔与模组本体侧面的贯通槽1313，所述贯通槽1313于所述模组本体131侧面形成第二开口1314，所述贯通槽1313用于放置与气泵连通的气压管。

本实施例通过在模组本体131内形成限制气压管的贯通槽1313，并在竖向空腔1311内设置气缸，竖向空腔1311底部形成模组本体131的第一开口1312，一方面竖向空腔1311的包围结构利于增加气压管内的压力，提高气缸的末段橡胶头压弦的响应速度，另一方面预设的竖向空腔1311和第一开口1312也保障了压弦动作的精度，提升了压弦机构1的可靠性。

上述所述模组本体131包括相对设置的第一夹片131a和第二夹片131b，所述第一夹片131a和第二夹片131b之间形成所述竖向空腔1311和贯通槽1313，所述第一夹片131a和第二夹片131b通过可拆卸的锁扣连接。采用可拆卸的锁扣连接第一夹片131a和第二夹片131b，使得模组本体131的组装更加牢靠，提升了结构稳固性，同时，也便于后期对气压管和气缸的维护和检修，在本实施例中，第一夹片131a和第二夹片131b至少为镜像对称结构。

作为一种优选方案而非限定，上述所述压弦模组13还包括设于模组本体131上方的连接件132和第一滑块133，所述连接件132通过插销可选的固定在所述模组本体131顶部横向排列的多个插接口1315内，所述第一滑块133设置在所述第一滑轨12上，各所述压弦组件的连接件132固定于所述模组本体131的对应插接口1315处，以使所有压弦组件的模组本体131在水平方向上对齐设置。

本实施例通过并排设置三条第一滑轨12，并在第一滑轨12上设置第一滑块133，由第一滑块133通过连接件插接固定在模组本体131顶部横向排列的多个对应插接口1315内，使得分别固定在三条第一滑轨12上的模组本体131在水平方向上可对齐设置，三个模组本体131可独立滑动而互不影响，提升了压弦机构的灵活度。

作为一种具体方案，上述所述连接件132于与第一滑块133的连接处形成有供所述皮带141正向穿过的第一避让孔1321，所述连接件132中部形成有供所述皮带反向穿过的第二避让孔1322，所述压弦模组13于连接件的第一避让孔1321或第二避让孔1322处与皮带141固定连接。本实施例通过在连接件132上设置一避让孔1321或第二避让孔1322，压弦模组13于连接件的第一避让孔1321或第二避让孔1322处与皮带141固定连接，一方面有效控制了压弦模组13的体积，另一方面使得皮带不必穿过模组本体131，利于模组本体131的独立拆卸，也便于对模组本体131内气压管和气缸的维护和检修。

上述所述压弦机构1还包括设于模组本体131两侧的第二滑轨15，所述模组本体131还包括对应设于所述第二滑轨15上方的支撑臂1316，所述支撑臂1316通过第二滑块134支撑在所述第二滑轨15上方。第二滑轨15一方面可以为压弦模组13提供向上的支撑力，另一方面也可辅助第一滑轨12对压弦模组13的移动提供准确定位，提升了本实施例压弦机构1的结构稳固性和可靠性。

作为电机11和第一滑轨12的一种具体固定方案，上述所述压弦机构1还包括用于固定滑轮的相对设置的“u”形支架16，各所述“u”形支架16包括位于上方的连接臂161以及位于下方的安装梁162，所述连接臂161与支架本体连接，所述相对设置的“u”形支架的安装梁162之间用于安装所述滑轮142，所述相对设置的“u”形支架16的连接臂161之间用于固定所述第一滑轨12。本实施例在“u”形支架的安装梁162之间安装滑轮142，在连接臂161之间固定所述第一滑轨12，有效控制了压弦机构1的整体体积，也使得电机11和第一滑轨12的固定更加方便准确。

本发明实施例通过在琴弦上方设置若干压弦组件，各压弦组件包括与琴弦平行设置的第一滑轨和皮带组件，还包括可滑动设置在第一滑轨上并与皮带组件连接的压弦模组，皮带组件由电机控制，使得压弦模组可以在电机的作用下随皮带组件的皮带平行于琴弦移动，使得同一压弦组件的压弦模组可以移动至琴弦的任意长度行程处，单一压弦组件具备按压多个位置（如吉他的多个品）的条件，实验证明，当压弦机构采用二至三个压弦组件时，即可满足乐器演奏需要，压弦单元如气缸的数量可以减少至12或18个，极大的节省了压弦机构的生产材料成本，也降低了压弦机构的组装难度，同时，本实施例的压弦机构的重量较小，乐器可以根据需要倾斜或竖直设置，更贴近人物演奏乐器时的乐器放置和发声角度，最后，采用较少压弦单元降低了故障率，也利于后续的保养和维修。

第二实施例：

请参照图6至图13所示，本发明实施例还提供了一种自动演奏装置，包括控制系统，还包括上述第一实施例所述的压弦机构，所述控制系统至少用于控制所述电机和所述驱动装置。

现有的自动演奏装置的拨弦机构通过在每根琴弦处设置对应的拨弦气缸和支架组达到拨弦目的，在拨动一根琴弦时，通常需要配合协作的两个拨弦气缸以及若干呈特定角度、长度的支架实现，结构相对较为复杂，支架安装和定位难度大、购买和养护成本较高，同时，采用气缸进行拨弦操作具有响应速度慢的缺点，影响乐器弹奏时音调的准确性。

作为本发明的又一发明目的，为解决上述拨弦乐机器人结构相对较为复杂，支架安装定位难度大、拨弦响应速度慢的问题技术问题，本实施例还提供了由所述控制系统控制的拨弦机构。

所述拨弦机构设置在与乐器本体3相对固定的基座4上，所述拨弦机构还包括由所述控制系统控制的多个拨弦组件，各拨弦组件横向设置在所述乐器本体3的音腔处，各所述拨弦组件2包括设于所述基座4上的舵机21、由所述舵机21传动的连接臂22、与乐器本体3相对固定的限位器23以及设于连接臂22端部的拨片24，所述连接臂22包括顺次枢接的前连杆221、后连杆222和所述摆臂223，所述限位器23与摆臂223铰接，所述拨片24设于摆臂223端部，所述拨片24底端靠近对应的琴弦，以使当所述舵机21控制所述连接臂22摆动时，所述摆臂223受所述限位器23限制往复摆动，带动所述拨片24沿第一轨迹运动以拨动所述琴弦，所述第一轨迹包括钟摆轨迹。

本发明实施例通过采用横向设置在乐器本体音腔处的拨弦组件实现拨弦操作，使得拨弦操作可以在同一竖直平面内完成，一组拨弦组件对应一根琴弦，简化了拨弦组件的结构，也利于控制拨弦精度，同时，本发明实施例的拨弦组件包括舵机、由舵机传动的连接臂、以及设于连接臂端部的拨片，连接臂末段的摆臂与固定在乐器本体上的限位器铰接，使得当所述舵机控制连接臂摆动时，摆臂受限位器限制往复摆动，带动拨片沿第一轨迹运动以拨动琴弦，本实施例拨片的高度和位置受限位器限制，使得拨片的运动轨迹和拨动方向可以由连接臂长度、限位器高度和位置、铰接方式共同调整，连接臂的结构简单，降低了连接臂的安装难度，限位器靠近拨片，使得限位器对拨片的控制更加简单直接，便于操作人员随时对拨片的运动轨迹和拨动方向进行调试；其次，本实施例采用舵机代替气缸，使得舵机对拨片的摆动控制更加直接迅速，在舵机摆动的一个周期内，拨片拨动琴弦可达两次以上，响应速度快、间隔短，极大的提升了乐器弹奏时音调的准确；另外，拨片拨弦时的第一轨迹由与限位器的铰接方式限定，采用不同的铰接方式，可以实现不同的拨弦效果，产生轻音、重音、长音或短音，使得本实施例的自动演奏装置弹奏的音律更加逼真灵动。

作为对上述方案的进一步改进，所述拨弦组件包括位于音腔右侧的第一拨弦组件5、第二拨弦组件6和第三拨弦组件7，以及位于音腔左侧的第四拨弦组件8、第五拨弦组件9和第六拨弦组件10；所述第一拨弦组件5和第六拨弦组件10相对设置，所述第二拨弦组件6和第四拨弦组件8相对设置，所述第三拨弦组件7和第五拨弦组件9相对设置，所述限位器23为“曰”字形，限位器23包括两个竖向支架231以及三个横向支架232，所述三个横向支架232设于所述两个竖向支架231之间，各横向支架232设于每两个相对设置的拨弦组件之间并横跨琴弦，且各横向支架232上至少开设有两个铰接位233，各拨弦组件的摆臂223上设有与所述铰接位233配合的限位块（图中未示出），每两个相对设置的拨弦组件的限位块与同一横向支架上的对应的铰接位233配合。

在本实施例中，通过将拨弦组件相对设置于琴弦两侧，节省了拨弦机构的整体体积，减小了拨弦机构的长度，利于拨弦机构的拆装，同时，本实施例通过提供“曰”字形的限位器，限位器23包括两个竖向支架231以及三个横向支架232，使得每相对设置的两个拨弦组件可以连接于同一横向支架上的对应铰接位233处，使得一个体型相对较大的限位器可同时满足所有拨弦组件摆臂的限位需求，同时，相对较大体型的限位器体重也相对较大，其两个竖向支架231与乐器本体3或基座4具有更大的接触面积，利于提升拨弦机构整体的结构稳固性，避免因舵机21摆动时引起的多余振动，也利于抑制结构上的该多余振动产生的噪音，提升本实施例的拨弦乐器的演奏效果。

作为一种示例而非限定，限位块可以采用枢轴结构，铰接位233可以放置轴承，以最大程度减少限位块与铰接位233之间的摩擦力，使拨片24沿钟摆轨迹轨迹运动。

作为一种具体方案而非限定，上述所述乐器本体3包括位于音腔右侧的右琴弦组，以及位于音腔左侧的左琴弦组；音腔右侧的拨弦组件的拨片靠近右琴弦组对应琴弦的左侧，音腔左侧的拨弦组件的拨片靠近左琴弦组对应琴弦的右侧。具体的，以本实施例的吉他为例，第一拨弦组件5位于第一弦的左侧，第二拨弦组件6位于第二弦的左侧，第三拨弦组件7位于第三弦的左侧，第四拨弦组件8位于第四弦的右侧，第五拨弦组件9位于第五弦的右侧，第六拨弦组件10位于第六弦的右侧。本实施例相对设置的拨弦组件之间至少间隔接近两弦的距离，使得两相对设置的拨弦组件的摆臂和拨片之间不会因运动而碰撞，同时，将音腔右侧的拨弦组件的拨片靠近琴弦左侧设置，音腔左侧的拨弦组件的拨片靠近琴弦右侧设置，使得拨片的运动轨迹为向两侧运动，进一步提升了拨弦组件的可靠性。

作为一种具体方案而非限定，上述所述基座4包括固定于乐器本体3靠近音腔处的固定架41，以及设于固定架41上的若干舵机安装座42，所述舵机安装座42的数量与舵机21的数量对应。

进一步的，上述所述固定架41为“工”形固定架，所述舵机安装座设于所述“工”形固定架的上表面，所述舵机安装座42包括底板421以及竖直设置于所述底板421前方的两个前臂板422、以及设于底板421后方的背板423，所述舵机包括底面和位于舵机两侧的定位凸耳，所述底面设置在所述底板421上，所述定位凸耳设置在所述前臂板423上，所述舵机安装座42于两个前臂板423之间形成至少供舵机转轴伸出的缺口424。本实施例通过在面积相对宽阔的“工”形固定架上设置舵机安装座42，可进一步增强拨弦机构的结构稳固性，同时，舵机安装座42通过设置供舵机底面放置的底板，并在相对舵机转轴处形成的缺口424两侧形成用于固定舵机的定位凸耳，进一步增加了舵机安装的结构稳固性，可有效抑制多余振动产生的噪音，提升本实施例的拨弦乐器的演奏效果。

作为一种优选方案而非限定，上述所述拨片24呈扁平状且与所述琴弦平行设置，所述拨片24的形状为心形、水滴形或三角形。

第三实施例：

作为对上述第二实施例拨弦机构的一种改进，在本实施例中，所述“工”形固定架和所述舵机安装座之间还设有第一升降机构，所述“曰”字形限位器的各横向支架于竖向支架两侧均设有第二升降机构，所述第一升降机构用于抬升或降低舵机高度，所述第二升降机构用于抬升或降低横向支架的一侧或两侧高度以改变拨片的高度。示例性的，当所述控制系统控制任意拨弦组件的舵机安装座下方的第一升降机构上升，同时控制与该拨弦组件对应的横向支架一侧的第二升降机构上升，以抬升对应拨弦组件的拨片高度，使该拨片与琴弦的接触面积减小，拨动琴弦的力度更小，更利于发出轻音和短音，通过在演奏时由控制系统实时控制各第一升降机构和第二升降机构的高度，可使得本实施例的自动演奏装置演奏的音色更加丰富多变。

第四实施例：

作为对上述第二实施例拨弦机构的另一种改进，在本实施例中，所述铰接位包括限位滑槽，所述限位块为滑动轴，所述摆臂中部通过滑动轴连接在所述限位滑槽上，当所述摆臂在所述后连杆的带动下摆动时，所述滑动轴沿所述限位滑槽以第二轨迹往复滑动以变换所述摆臂的摆动支点位置。

作为一种优选方案，上述所述限位滑槽和第二轨迹的形状为弧形或闭合环形，所述第一轨迹包括相互连接的上闭合段和下闭合段，所述下闭合段与对应琴弦垂直相交。

本实施例通过在铰接位开设限位滑槽，并采用滑动轴作为限位块，使得当摆臂由舵机驱动摆动时，因限位块在限位滑槽中以第二轨迹滑动，使得拨片的第一轨迹异于钟摆轨迹，拨片在靠近琴弦的过程中也更易调整为类似于手指撩拨的运动动作，同时配合舵机的摆动力量和频率，可以更加逼真的模拟人手拨弦时产生的大小、长短不同声音。

需要说明的是，作为一种备选方案，所述铰接位还可以包括位于限位滑槽上侧的导引槽，所述摆臂于导引槽的对应位置还可以设有导引块，当所述导引块设于导引槽内并沿导引槽滑动时，可以辅助限定限位块的第二轨迹，以使拨片的运动更加准确可靠。

作为对本实施例的进一步改进，所述“曰”字形限位器的横向支架包括安装缺口以及可拆卸的安装于所述安装缺口上的插片单元，所述铰接位开设于插片单元上，插片单元的数量为多个且各插片单元的限位滑槽或导引槽的形状、相对位置不同，使得本实施例的自动演奏装置在演奏不同乐曲时，可根据需要更换与待演奏乐曲风格对应的插片单元，以达到最佳的演奏效果。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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