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1、《自动化与仪器仪表》2017年第3期(总第209期)扬琴演奏机器人的设计研究陈垚(商洛学院陕西商洛,726000)摘要:随着科技的发展,机器人技术已经扩展到各种领域,以演奏机器人为代表的娱乐机器人也是发展的一个重要分支。本文介绍了扬琴机器人的设计方法的主要模块,即选择控制装置,构成控制系统,控制系统软、硬件设计以及机械系统设计等方面。论述分析了控制CAN总线的设计选择,以及相关机械系统设计以及运动学分析方案。关键词:扬琴机器人;设计;控制系统;机械系统中图分类号:TP242.3文献标识码:ADOI编码:10.14016/j.cnki.1
2、001-9227.2017.03.061Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,developmentofentertainmentrobotwiththeinstrumentsplayingastherepresentativebecomesmorequickly.ThispaperintroducesmainmodulesofDulcimerrobotplayersystemthatarecontroldeviceselection,hardwareandsoftwareo
3、fcontrolsystem,andmechanicalsystemdesign.Thebasicprinciples,theiradvantagesanddrawbacksofmanyapproachesofcontrolsystemandthecontrolofCANbusdesignchoicesarefocusedon.Finallythemechanicalsystemandkinematicsanalysisoftherobotsystemareintroduced.Keywords:dulcimerrobotplayer;
4、design;controlsystem;mechanicalsystem的所有敲击点都处于一个平面之内。0引言随着传感器技术、控制技术、计算机及网络技术、机械设计与制造等技术的发展,机器人技术的研究已从传统的工业领域扩展到医疗服务、教育娱乐、勘探勘测、生物工程、救灾救援等新领域,并快速发展。以器械演奏为代表[1-2]的服务机器人研究发展尤为迅速。汪烨等通过定位模块和PLC控制步进电机实现控制木琴演奏机械手运[3]动。Jorge等在演奏机器人的人形机构、仿人机械手、仿[4-5]人面部表情等方面进行了系统深入的研究。张涵等应用电磁铁组件、
5、电磁比例阀、竖笛等器件,设计了竖笛演[6]奏机器人。孙选等通过研究电子琴机器人的控制信号[7]编码,实现了对气路的控制。吴兵等通过数控技术实现图1扬琴工作范围[8]了电子琴机器人的运动轨迹的电机控制。韩新斌实现扬琴的摆放斜度为10~15度,机械臂的设计需要考[9]了对打击琴键音乐机器人的舵机控制,并应用于科教。虑摆放斜度的变化。马晓花等将三次多项式插值算法和防止加速度突变的三扬琴机器人的单臂关节配置如图2所示。次样条插值算法在写字机器人轨迹规划中结合使用,实现[10]了四自由度写字机器人轨迹规划。李芳通过对手写运动信息采集器、手写样本数
6、据处理器、控制命令组装器、机器人控制器和机器人本体的研究,设计了一种用于机器人[11]重现人类书写笔迹的系统。李国栋等研究了服务机器人智能空间中QRCode人工地表的设计、定位与视觉伺服[12]识读问题。左骏秋等采用了电机驱动的欠驱动方式,提出一种建议的犯人灵巧手设计方案,手指每个关节由交[13]错式钢丝带传动,达到了关节同时转动的设计要求。本文通过对扬琴演奏机器人的机械结构、控制系统设计及图2扬琴机器人的单臂关节配置软件设计,实现了扬琴机器人的自动演奏。其中琴竹设计用敲击位置到手腕关节的长度取1琴机器人的机械设计350mm,符合一个成
7、年人打击扬琴的实际尺寸。对于真实的人,身体距琴为200-250mm,但由于这种1.1杨琴机器人的结构配置关节臂的θ1轴如果距离扬琴太近,则可能干涉。实测身扬琴的工作范围如图1所示。为简便起见,假设扬琴体前侧距琴280mm处时敲琴比较舒适。设计时设定关节4处于扬琴敲击面的垂直上方收稿日期:2016-08-05作者简介:陈垚(1980-),男,博士,讲师,主要研究方向为产品智100mm处,这样即可以避免关节4与琴面相干涉,又可以能设计、机器人设计等。保证琴竹下敲时的角度合适。如图3所示。·61·扬琴演奏机器人的设计研究陈垚表1机器人单臂的连
8、杆参数iαi-1ai-1diθi1000θ12-90°00θ230L1(大臂长)0θ340L2(小臂长)0θ4图3琴竹运动角度示意图1.3θ~θ运动范围分析14由图7和图8可以得到θ~θ的运动范围:14θ的
