一种可控速的钢琴弹奏机械装置的制作方法

本实用新型涉及钢琴弹奏的自动化机械手技术领域，具体是一种可控速的钢琴弹奏机械装置。

背景技术：

目前钢琴弹奏大多要通过人工实现，一个优秀的钢琴演奏家需要很长时间的学习和练习，而且钢琴演奏家的数量很难满足市场需求。因此，非常需要一种可以实现钢琴自动弹奏的机械装置。现有的钢琴演奏机械手有的难以实现多指弹奏，有的只能实现一个方向运动而无法同时兼顾黑键与白键的弹奏。而且，现有的钢琴演奏手不能很好的实现对弹奏速度和力度的控制。因此，现在需要一个既能实现多指弹奏又可以让手指在三维空间内自由按键，同时还可以控制弹奏速度和力度的装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术上的问题，本实用新型提供了一种可控速的钢琴弹奏机械装置，不仅能够实现多指弹奏，还可以让手指在三维空间内自由按键，并且能够实现弹奏速度和力度的控制，实用性高。

为解决上述技术问题，采用如下技术方案：一种可控速的钢琴弹奏机械装置，包括行走支架1、左手掌部横向驱动机构2、左手掌部纵向驱动机构3、左手指部驱动机构4、右手掌部横向驱动机构5、右手掌部纵向驱动机构6、右手指部驱动机构7，具体结构和连接关系为：

所述左手掌部横向驱动机构2包括左手掌部横向第一导轨211、左手掌部横向第二导轨212、左手掌部横向第一滑块221、左手掌部横向第二滑块222、左手掌部横向第三滑块223、左手掌部横向第四滑块224、左手掌部横向滚珠丝杠23、左手掌部横向螺母24、左手掌部横向伺服电机25、左手掌部横向连接板26，其中左手掌部横向第一导轨211、左手掌部横向第二导轨212固定在行走支架1上，左手掌部横向第一滑块221、左手掌部横向第二滑块222与左手掌部横向第一导轨211滑动配合，左手掌部横向第三滑块223、左手掌部横向第四滑块224与左手掌部横向第二导轨212滑动配合，左手掌部横向伺服电机25固定在行走支架1上，并与左手掌部横向滚珠丝杠23相连接，左手掌部横向滚珠丝杠23与左手掌部横向螺母24配合，左手掌部横向连接板26与左手掌部横向螺母24相连接，并固定在左手掌部横向第一滑块221、左手掌部横向第二滑块222、左手掌部横向第三滑块223、左手掌部横向第四滑块224上。

所述左手掌部纵向驱动机构3包括左手掌部纵向第一导轨311、左手掌部纵向第二导轨312、左手掌部纵向第一滑块321、左手掌部纵向第二滑块322、左手掌部纵向第三滑块323、左手掌部纵向第四滑块324、左手掌部纵向滚珠丝杠33、左手掌部纵向螺母34、左手掌部纵向伺服电机35、左手掌部纵向连接板36，其中左手掌部纵向第一导轨311、左手掌部纵向第二导轨312固定在左手掌部横向连接板26上，左手掌部纵向第一滑块321、左手掌部纵向第二滑块322与左手掌部纵向第一导轨311滑动配合，左手掌部纵向第三滑块323、左手掌部纵向第四滑块324与左手掌部纵向第二导轨312滑动配合，左手掌部纵向伺服电机35固定在左手掌部横向连接板26上，并与左手掌部纵向滚珠丝杠33相连接，左手掌部纵向滚珠丝杠33与左手掌部纵向螺母34配合，左手掌部纵向连接板36与左手掌部纵向螺母34相连接，并固定在左手掌部纵向第一滑块321、左手掌部纵向第二滑块322、左手掌部纵向第三滑块323、左手掌部纵向第四滑块324上。

所述左手指部驱动机构4包括左手指部基座41、左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425、左手指部第一滚珠丝杠431、左手指部第二滚珠丝杠432、左手指部第三滚珠丝杠433、左手指部第四滚珠丝杠434、左手指部第五滚珠丝杠435、左手指部第一螺母441、左手指部第二螺母442、左手指部第三螺母443、左手指部第四螺母444、左手指部第五螺母445、左手指部第一手指451、左手指部第二手指452、左手指部第三手指453、左手指部第四手指454、左手指部第五手指455，其中左手指部基座41固定在左手掌部纵向连接板36上，左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425固定在左手指部基座41上，并分别与左手指部第一滚珠丝杠431、左手指部第二滚珠丝杠432、左手指部第三滚珠丝杠433、左手指部第四滚珠丝杠434、左手指部第五滚珠丝杠435相连接，左手指部第一滚珠丝杠431、左手指部第二滚珠丝杠432、左手指部第三滚珠丝杠433、左手指部第四滚珠丝杠434、左手指部第五滚珠丝杠435分别与左手指部第一螺母441、左手指部第二螺母442、左手指部第三螺母443、左手指部第四螺母444、左手指部第五螺母445相配合，左手指部第一螺母441、左手指部第二螺母442、左手指部第三螺母443、左手指部第四螺母444、左手指部第五螺母445分别与左手指部第一手指451、左手指部第二手指452、左手指部第三手指453、左手指部第四手指454、左手指部第五手指455相连接，并分别与左手指部基座41滑动配合。

所述右手掌部横向驱动机构5包括右手掌部横向第一导轨511、右手掌部横向第二导轨512、右手掌部横向第一滑块521、右手掌部横向第二滑块522、右手掌部横向第三滑块523、右手掌部横向第四滑块524、右手掌部横向滚珠丝杠53、右手掌部横向螺母54、右手掌部横向伺服电机55、右手掌部横向连接板56，其中右手掌部横向第一导轨511、右手掌部横向第二导轨512固定在行走支架1上，右手掌部横向第一滑块521、右手掌部横向第二滑块522与右手掌部横向第一导轨511滑动配合，右手掌部横向第三滑块523、右手掌部横向第四滑块524与右手掌部横向第二导轨512滑动配合，右手掌部横向伺服电机55固定在行走支架1上，并与右手掌部横向滚珠丝杠53相连接，右手掌部横向滚珠丝杠53与右手掌部横向螺母54配合，右手掌部横向连接板56与右手掌部横向螺母54相连接，并固定在右手掌部横向第一滑块521、右手掌部横向第二滑块522、右手掌部横向第三滑块523、右手掌部横向第四滑块524上。

所述右手掌部纵向驱动机构6包括右手掌部纵向第一导轨611、右手掌部纵向第二导轨612、右手掌部纵向第一滑块621、右手掌部纵向第二滑块622、右手掌部纵向第三滑块623、右手掌部纵向第四滑块624、右手掌部纵向滚珠丝杠63、右手掌部纵向螺母64、右手掌部纵向伺服电机65、右手掌部纵向连接板66，其中右手掌部纵向第一导轨611、右手掌部纵向第二导轨612固定在右手掌部横向连接板56上，右手掌部纵向第一滑块621、右手掌部纵向第二滑块622与右手掌部纵向第一导轨611滑动配合，右手掌部纵向第三滑块623、右手掌部纵向第四滑块624与右手掌部纵向第二导轨612滑动配合，右手掌部纵向伺服电机65固定在右手掌部横向连接板56上，并与右手掌部纵向滚珠丝杠63相连接，右手掌部纵向滚珠丝杠63与右手掌部纵向螺母64配合，右手掌部纵向连接板66与右手掌部纵向螺母64相连接，并固定在右手掌部纵向第一滑块621、右手掌部纵向第二滑块622、右手掌部纵向第三滑块623，右手掌部纵向第四滑块624上。

所述右手指部驱动机构7包括右手指部基座71、右手指部第一伺服电机721、右手指部第二伺服电机722、右手指部第三伺服电机723、右手指部第四伺服电机724、右手指部第五伺服电机725、右手指部第一滚珠丝杠731、右手指部第二滚珠丝杠732、右手指部第三滚珠丝杠733、右手指部第四滚珠丝杠734、右手指部第五滚珠丝杠735、右手指部第一螺母741、右手指部第二螺母742、右手指部第三螺母743、右手指部第四螺母744、右手指部第五螺母745、右手指部第一手指751、右手指部第二手指752、右手指部第三手指753、右手指部第四手指754、右手指部第五手指755，其中右手指部基座71固定在右手掌部纵向连接板66上，右手指部第一伺服电机721、右手指部第二伺服电机722、右手指部第三伺服电机723、右手指部第四伺服电机724、右手指部第五伺服电机725固定在右手指部基座71上，并分别与右手指部第一滚珠丝杠731、右手指部第二滚珠丝杠732、右手指部第三滚珠丝杠733、右手指部第四滚珠丝杠734、右手指部第五滚珠丝杠735相连接，右手指部第一滚珠丝杠731、右手指部第二滚珠丝杠732、右手指部第三滚珠丝杠733、右手指部第四滚珠丝杠734、右手指部第五滚珠丝杠735分别与右手指部第一螺母741、右手指部第二螺母742、右手指部第三螺母743、右手指部第四螺母744、右手指部第五螺母745相配合，右手指部第一螺母741、右手指部第二螺母742、右手指部第三螺母743、右手指部第四螺母744、右手指部第五螺母745分别与右手指部第一手指751、右手指部第二手指752、右手指部第三手指753、右手指部第四手指754、右手指部第五手指755相连接，并分别与右手指部基座71滑动配合。

本实用新型的有益效果是:

通过手掌部横向驱动机构和手掌部纵向驱动机构实现手指驱动结构前后左右运动，使得手指可以同时兼顾到黑键和白键的按压。同时，设置了左右两套机构，可以像人手一样左右手独立运动。

通过手指部驱动机构可以实现每个手指自由运动，而且可以通过控制手指按键的深度来控制弹奏的力度，通过控制伺服电机的转速来控制按键的速度。

通过两个手掌部横向驱动机构、两个手掌部纵向驱动机构和两个手指部驱动机构模仿人手实现多个琴键同时按压。

附图说明

图1为本实用新型所述一种可控速的钢琴弹奏机械装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型所述一种可控速的钢琴弹奏机械装置的左手掌部横向驱动机构和左手掌部纵向驱动机构示意图。

图3为本实用新型所述一种可控速的钢琴弹奏机械装置的左手指部驱动机构示意图。

图4为本实用新型所述一种可控速的钢琴弹奏机械装置的右手掌部横向驱动机构和右手掌部纵向驱动机构示意图。

图5为本实用新型所述一种可控速的钢琴弹奏机械装置的右手指部驱动机构示意图。

图中标记为:万向轮11，左手掌部横向第一导轨211，左手掌部横向第二导轨212，左手掌部横向第一滑块221，左手掌部横向第二滑块222，左手掌部横向第三滑块223，左手掌部横向第四滑块224，左手掌部横向滚珠丝杠23，左手掌部横向螺母24，左手掌部横向伺服电机25，左手掌部横向连接板26，左手掌部纵向第一导轨311，左手掌部纵向第二导轨312，左手掌部纵向第一滑块321，左手掌部纵向第二滑块322，左手掌部纵向第三滑块323，左手掌部纵向第四滑块324，左手掌部纵向滚珠丝杠33，左手掌部纵向螺母34，左手掌部纵向伺服电机35，左手掌部纵向连接板36，左手指部基座41，左手指部第一伺服电机421，左手指部第二伺服电机422，左手指部第三伺服电机423，左手指部第四伺服电机424，左手指部第五伺服电机425，左手指部第一滚珠丝杠431，左手指部第二滚珠丝杠432，左手指部第三滚珠丝杠433，左手指部第四滚珠丝杠434，左手指部第五滚珠丝杠435，左手指部第一螺母441，左手指部第二螺母442，左手指部第三螺母443，左手指部第四螺母444，左手指部第五螺母445，左手指部第一手指451，左手指部第二手指452，左手指部第三手指453，左手指部第四手指454，左手指部第五手指455，右手掌部横向第一导轨511，右手掌部横向第二导轨512，右手掌部横向第一滑块521，右手掌部横向第二滑块522，右手掌部横向第三滑块523，右手掌部横向第四滑块524，右手掌部横向滚珠丝杠53，右手掌部横向螺母54，右手掌部横向伺服电机55，右手掌部横向连接板56，右手掌部纵向第一导轨611，右手掌部纵向第二导轨612，右手掌部纵向第一滑块621，右手掌部纵向第二滑块622，右手掌部纵向第三滑块623，右手掌部纵向第四滑块624，右手掌部纵向滚珠丝杠63，右手掌部纵向螺母64，右手掌部纵向伺服电机65，右手掌部纵向连接板66，右手指部第一伺服电机721，右手指部第二伺服电机722，右手指部第三伺服电机723，右手指部第四伺服电机724，右手指部第五伺服电机725，右手指部第一滚珠丝杠731，右手指部第二滚珠丝杠732，右手指部第三滚珠丝杠733，右手指部第四滚珠丝杠734，右手指部第五滚珠丝杠735，右手指部第一螺母741，右手指部第二螺母742，右手指部第三螺母743，右手指部第四螺母744，右手指部第五螺母745，右手指部第一手指751，右手指部第二手指752，右手指部第三手指753，右手指部第四手指754，右手指部第五手指755。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分优选实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似变形，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1至图5所示，本实用新型所述一种可控速的钢琴弹奏机械装置，其结构包括行走支架1、左手掌部横向驱动机构2、左手掌部纵向驱动机构3、左手指部驱动机构4、右手掌部横向驱动机构5、右手掌部纵向驱动机构6、右手指部驱动机构7。

所述行走支架1底部设有四个万向轮11，使得整体装置可以自由移动，不受空间的限制。

所述左手掌部横向驱动机构2、左手掌部纵向驱动机构3、左手指部驱动机构4与右手掌部横向驱动机构5、右手掌部纵向驱动机构6、右手指部驱动机构7对称分布于行走支架1的两端。

在所述左手掌部横向驱动机构2中，左手掌部横向伺服电机25开启后，其主轴正反转通过联轴器带动左手掌部横向滚珠丝杠23正反转，并转化为左手掌部横向螺母24沿左手掌部横向滚珠丝杠23轴向方向的直线运动，左手掌部横向连接板26及其上的机构都可以沿左手掌部横向第一导轨211、左手掌部横向第二导轨212左右运动。在所述左手掌部纵向驱动机构3中，左手掌部纵向伺服电机35开启后，其主轴正反转通过联轴器带动左手掌部纵向滚珠丝杠33正反转，并转化为左手掌部纵向螺母34沿左手掌部纵向滚珠丝杠33轴向方向的直线运动，左手掌部纵向连接板36及其上的机构都可以沿左手掌部纵向第一导轨311、左手掌部纵向第二导轨312前后运动。通过左手掌部横向伺服电机25、左手掌部纵向伺服电机35的工作，能够使左手指部驱动机构实现前后左右的自由运动。在右手掌部横向驱动机构5和右手掌部纵向驱动机构6中原理相同，以保证所有手指可以兼顾黑键和白键的弹奏。

所述左手指部驱动机构4的左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425的主轴正反转可以通过联轴器分别带动左手指部第一滚珠丝杠431、左手指部第二滚珠丝杠432、左手指部第三滚珠丝杠433、左手指部第四滚珠丝杠434、左手指部第五滚珠丝杠435正反转，并转化为左手指部第一螺母441、左手指部第二螺母442、左手指部第三螺母443、左手指部第四螺母444、左手指部第五螺母445分别沿左手指部第一滚珠丝杠431、左手指部第二滚珠丝杠432、左手指部第三滚珠丝杠433、左手指部第四滚珠丝杠434、左手指部第五滚珠丝杠435轴线方向的直线运动，左手指部第一手指451、左手指部第二手指452、左手指部第三手指453、左手指部第四手指454、左手指部第五手指455在左手指部第一螺母441、左手指部第二螺母442、左手指部第三螺母443、左手指部第四螺母444、左手指部第五螺母445的带动下可以上下运动，完成按键动作。在右手指部驱动机构7中原理相同，因而十个伺服电机可以分别控制十个手指的上下运动，从而实现十个手指互不影响，自由按键。且设置了左右两套机构，可以像人手一样左右手独立运动。

左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425及右手指部第一伺服电机721、右手指部第二伺服电机722、右手指部第三伺服电机723、右手指部第四伺服电机724、右手指部第五伺服电机725采用闭环控制，可对速度和力度进行精确控制，且具有响应速度快、运行平稳、及时性高等特点。以左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425、右手指部第一伺服电机721、右手指部第二伺服电机722、右手指部第三伺服电机723、右手指部第四伺服电机724、右手指部第五伺服电机分别做为左手指部第一手指451、左手指部第二手指452、左手指部第三手指453、左手指部第四手指454、左手指部第五手指455、右手指部第一手指751、右手指部第二手指752、右手指部第三手指753、右手指部第四手指754、右手指部第五手指755运动的动力源，经过丝杠的传动，将左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425、右手指部第一伺服电机721、右手指部第二伺服电机722、右手指部第三伺服电机723、右手指部第四伺服电机724、右手指部第五伺服电机的旋转运动转换成左手指部第一手指451、左手指部第二手指452、左手指部第三手指453、左手指部第四手指454、左手指部第五手指455、右手指部第一手指751、右手指部第二手指752、右手指部第三手指753、右手指部第四手指754、右手指部第五手指755的上下运动，以完成击键动作。而连接左手指部第一手指451、左手指部第二手指452、左手指部第三手指453、左手指部第四手指454、左手指部第五手指455、右手指部第一手指751、右手指部第二手指752、右手指部第三手指753、右手指部第四手指754、右手指部第五手指755与左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425、右手指部第一伺服电机721、右手指部第二伺服电机722、右手指部第三伺服电机723、右手指部第四伺服电机724、右手指部第五伺服电机的丝杠同样是采用了高效率、高精度的滚珠丝杠。

通过控制左手指部第一伺服电机421、左手指部第二伺服电机422、左手指部第三伺服电机423、左手指部第四伺服电机424、左手指部第五伺服电机425、右手指部第一伺服电机721、右手指部第二伺服电机722、右手指部第三伺服电机723、右手指部第四伺服电机724、右手指部第五伺服电机的转速和转矩，即可实现对左手指部第一手指451、左手指部第二手指452、左手指部第三手指453、左手指部第四手指454、左手指部第五手指455、右手指部第一手指751、右手指部第二手指752、右手指部第三手指753、右手指部第四手指754、右手指部第五手指755击键动作速度和力度的控制，进而模拟人手弹奏钢琴时的力度和速度变化。

通过以上过程不仅可以实现整个机械装置自由运动和多指弹奏，而且可以让手指在三维空间内自由按键。同时，这个装置也可以实现弹奏速度和力度的控制。

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