基于弦樂器自動演奏機器人的控制系統設計

錢黎明　郭峰

【摘 要】本文設計的弦樂器自動演奏機器人，參照仿生學原理，它的執行機構分解為壓弦機構、撥弦機構和消音機構。根據設計要求，選取氣動系統作為撥弦和壓弦機構的驅動裝置，選取步進電機和微型伺服電機（舵機）作為平移機構的驅動裝置。為了驅動這些裝置，設計的電路硬件包含：主控電路、通訊電路、電源管理電路、電機驅動電路等，并設計了與之相對應的程序軟件，最后對系統進行了驗證。

【關鍵詞】演奏機器人；仿生學；壓弦；撥弦；消音

0 前言

近年來，隨著人們生活水平的提高，娛樂機器人成為研究的熱門項目[1]。其中音樂機器人以其較好的展示和互動效果獲得了研究人員的青睞。樂器演奏機器人通過電子控制裝置控制機械結構，達到模擬人類演奏樂器的效果，目前主要有非人形和擬人形兩種形式。這是一項融合機械、計算機、自動化、電子以及音樂藝術的多學科交叉課題[2，3]。

本系統設計時通過分析人類在彈奏時的動作，參照仿生學原理設計演奏機構，完成各演奏機構的運動學、動力學分析，并選擇合適的驅動裝置。

1 系統架構設計

1.1 系統總體設計方案

根據仿生學提出了弦樂自動演奏系統的硬件設計要求，并進行了研究和實現：

①具有相互獨立的撥弦和壓弦機構。

②撥弦機構個數等同于弦樂器弦數，每個機構至少一個自由度，且運作時相互獨立。

③壓弦機構需快速到達發音位置，可采取移動方式（如貝斯）或點陣方式（如吉他）。……