CN108705540A - 一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法、设备及存储设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法、设备及存储设备，一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法，通过双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标，建立琴面敲击点的拟合平面方程，从而得到琴竹初始位置的拟合平面，使敲击时的高度相同，方便控制敲击力度，通过根据所述最短距离分别建立左臂的琴竹末端缓冲区和右臂的琴竹末端缓冲区，避免敲击时机械臂碰撞；一种双臂扬琴机器人的敲击避碰设备及存储设备，用于实现双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。本发明的有益效果是：本发明通过琴竹初始位置的平面方程和缓冲区，更容易控制双臂扬琴机器人敲击时的高度和力度，有效避免敲击过程中可能发生碰撞的情况，使双臂扬琴机器人的演奏更协调、更类人化。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法、设备及存储设备。
背景技术
近年来，随着人们物质生活发展的极大丰富，人们开始追求在精神层面的更高的享受，学***一种有效途径却面临着从事乐器相关教学人员的不足以及费用昂贵与学习时间不灵活等方面的问题。而随着科技的发展，利用机器人来演奏乐器在国内外已经有了一定的研究基础，许多国家也投入了大量人力物力去研究相关技术。
扬琴作为中国古典乐器之一，在对其演奏的机器人方面的研究一方面有助于发展与弘扬中国传统文化，让更多的人增强对传统文化的认同感；在另一方面可以研究相关智能算法搭建对机器人与人工智能等领域的研究平台，具有很强的科研价值。
扬琴作为中国传统乐器，对其演奏的机器人的研究还相对较少，扬琴机器人作为具有双臂的类人化的机器人，对其研究具有很强的科技价值与经济意义。本发明提出一种基于扬琴机器人的避碰敲击的方法，能够在敲击过程中使得琴竹末端最终停留在扬琴琴面的上方相同的高度，方便控制敲击的力度，同时能够有效避免在敲击的过程中琴竹的相互碰撞与敲击的过程中，单一手臂发生大的位移导致机械臂碰撞与敲击的不协调现象，实现了敲击过程的智能化与类人化。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法、设备及存储设备，一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法，所述双臂扬琴机器人包括左臂和右臂，左臂和右臂分别设有用于敲击琴面敲击点的琴竹，所述方法主要包括以下步骤：
S101：根据双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标，采用最小二乘法建立琴面敲击点的拟合平面方程；
S102：根据所述拟合平面方程，确定琴面敲击点的拟合平面；
S103：根据所述琴面敲击点的拟合平面，建立琴竹初始位置的拟合平面，得到琴竹初始位置的平面方程；
S104：根据所述双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标，计算出所有相邻的琴面敲击点之间的最短距离，根据所述最短距离分别建立左臂的琴竹末端缓冲区和右臂的琴竹末端缓冲区；
S105：所述双臂扬琴机器人接收乐曲的敲击序列；
S106：根据所述敲击序列，判断左臂的琴竹末端缓冲区与右臂的琴竹末端缓冲区是否发生重叠？若是，则到步骤S107；若否，则到步骤S108；
S107：所述双臂扬琴机器人左臂的琴竹末端和右臂琴竹末端分别敲击离所述琴竹末端最近的敲击点，然后到步骤S111；
S108：判断所述双臂扬琴机器人的机械臂的当前敲击点与下一敲击点的距离是否大于j/2？若是，则到步骤S109；若否，则到步骤S110；j为所述双臂扬琴机器人的敲击主平面的宽度；
S109：由另外一只手臂协助敲击下一个敲击点，然后到步骤S111；
S110：所述双臂扬琴机器人的机械臂按照所述敲击序列敲击下一个敲击点；
S111：判断所述敲击序列是否执行完毕？若是，则到步骤S112；若否，则回到步骤S105；
S112：所述双臂扬琴机器人结束避碰敲击，完成乐曲演奏。
进一步地，在步骤S101中，对于琴面的每个敲击点(xi,yi,zi)，建立琴面敲击点的拟合平面方程z＝a0x+a1y+a2，a0,a1,a2的计算方法为：
其中，a0、a1分别代表所述琴面敲击点的拟合平面方程中X轴与Y轴的系数，a2代表所述琴面敲击点的拟合平面方程中Z轴上的截距。
进一步地，在步骤S103中，所述琴竹初始位置的平拟合面与所述琴面敲击点的拟合平面平行，所述琴竹初始位置的平面方程z1为：
z1-h＝a0x+a1y+a2 (2)
其中，a0、a1分别代表所述琴竹初始位置的平面方程中X轴与Y轴的系数，a2代表所述琴竹初始位置的平面方程中Z轴上的截距，h为所述琴竹初始位置的拟合平面比所述琴面敲击点的拟合平面高出的高度。
进一步地，在步骤S104中，所有相邻的琴面敲击点之间的最短距离为b，分别以所述双臂扬琴机器人左臂的琴竹末端A(c,d,e)和右臂的琴竹末端B(f,g,h)为中心，以b/2为半径，建立左臂的琴竹末端缓冲区和右臂的琴竹末端缓冲区。
进一步地，在步骤S106中，缓冲区发生重叠需满足的条件为：
一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。
一种双臂扬琴机器人的敲击避碰设备，包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明通过琴竹初始位置的平面方程和缓冲区，可以更容易的控制双臂扬琴机器人敲击时的高度和力度，有效避免敲击过程中可能发生碰撞的情况，使双臂扬琴机器人的演奏更协调、更类人化。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法的流程图；
图2是本发明实施例中双臂扬琴机器人扬琴敲击平面的俯视图；
图3是本发明实施例中琴面敲击点的拟合平面和琴竹初始位置的拟合平面的示意图；
图4是本发明实施例中硬件设备工作的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法、设备及存储设备。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法的流程图，所述双臂扬琴机器人包括左臂和右臂，左臂和右臂分别设有用于敲击琴面敲击点的琴竹，所述方法具体包括以下步骤：
S101：根据双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标，采用最小二乘法建立琴面敲击点的拟合平面方程；对于琴面的每个敲击点的坐标(xi,yi,zi)，建立琴面敲击点的拟合平面方程z＝a0x+a1y+a2，a0,a1,a2的计算方法为：
其中，a0、a1分别代表所述琴面敲击点的拟合平面方程中X轴与Y轴的系数，a2代表所述琴面敲击点的拟合平面方程中Z轴上的截距；
S102：根据所述拟合平面方程，确定琴面敲击点的拟合平面；
S103：根据所述琴面敲击点的拟合平面，建立琴竹初始位置的拟合平面，得到琴竹初始位置的平面方程；所述琴竹初始位置的平拟合面与所述琴面敲击点的拟合平面平行，所述琴竹初始位置的平面方程z1为：
z1-h＝a0x+a1y+a2 (2)
其中，a0、a1分别代表所述琴竹初始位置的平面方程中X轴与Y轴的系数，a2代表所述琴竹初始位置的平面方程中Z轴上的截距，h为所述琴竹初始位置的拟合平面比所述琴面敲击点的拟合平面高出的高度。
在本实施例中，所述琴竹初始位置的拟合平面比所述琴面敲击点的拟合平面高两厘米，所述琴竹初始位置的平面方程z1为：z1-0.02＝a0x+a1y+a2，a0、a1分别代表所述琴竹初始位置的平面方程中X轴与Y轴的系数，a2代表所述琴竹初始位置的平面方程中Z轴上的截距；
S104：根据所述双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标，计算出所有相邻的琴面敲击点之间的最短距离b，根据所述最短距离分别建立左臂的琴竹末端缓冲区和右臂的琴竹末端缓冲区；分别以所述双臂扬琴机器人左臂的琴竹末端A(c,d,e)和右臂的琴竹末端B(f,g,h)为中心，以b/2为半径，建立左臂的琴竹末端缓冲区和右臂的琴竹末端缓冲区；
S105：所述双臂扬琴机器人接收乐曲的敲击序列；
S106：根据所述敲击序列，判断左臂的琴竹末端缓冲区与右臂的琴竹末端缓冲区是否发生重叠？若是，则到步骤S107；若否，则到步骤S108；缓冲区发生重叠需满足的条件为：
S107：所述双臂扬琴机器人左臂的琴竹末端和右臂琴竹末端分别敲击离所述琴竹末端最近的敲击点，然后到步骤S111；
S108：判断所述双臂扬琴机器人的机械臂的当前敲击点与下一敲击点的距离是否大于j/2？若是，则到步骤S109；若否，则到步骤S110；j为所述双臂扬琴机器人的敲击主平面的宽度，所述双臂扬琴机器人在敲击的过程中，所述琴竹末端移动的范围在扬琴六列琴柱所在的范围内；
S109：由另外一只手臂协助敲击下一个敲击点，然后到步骤S111；
S110：所述双臂扬琴机器人按照所述敲击序列敲击下一个敲击点；
S111：判断所述敲击序列是否执行完毕？若是，则到步骤S112；若否，则回到步骤S105；
S112：所述双臂扬琴机器人结束避碰敲击，完成乐曲演奏。
请参考图2，图2是本发明实施例中双臂扬琴机器人扬琴敲击平面的俯视图，图中一共有六列琴柱，其中从左到右第二列琴柱有两列敲击的琴码，扬琴敲击主平面指的是六列琴柱所在的范围，其宽度为j。
请参考图3，图3是本发明实施例中琴面敲击点的拟合平面和琴竹初始位置的拟合平面的示意图，首先根据双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标在三维空间中描绘出敲击点的位置，然后采用最小二乘法建立琴面敲击点的拟合平面方程；然后根据琴面敲击点的拟合平面，建立琴竹初始位置的拟合平面，让琴竹的敲击点处于所述琴面敲击点的拟合平面上方，以便在敲击过程中控制琴竹的敲击力道。
请参见图4，图4是本发明实施例的硬件设备工作示意图，所述硬件设备具体包括：一种双臂扬琴机器人的敲击避碰设备401、处理器402及存储设备403。
一种双臂扬琴机器人的敲击避碰设备401：所述一种双臂扬琴机器人的敲击避碰设备401实现所述一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。
处理器402：所述处理器402加载并执行所述存储设备403中的指令及数据用于实现所述一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。
存储设备403：所述存储设备403存储指令及数据；所述存储设备403用于实现所述一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。
本发明的有益效果是：本发明通过琴竹初始位置的平面方程和缓冲区，可以更容易的控制双臂扬琴机器人敲击时的高度和力度，有效避免敲击过程中可能发生碰撞的情况，使双臂扬琴机器人的演奏更协调、更类人化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法，所述双臂扬琴机器人包括左臂和右臂，左臂和右臂分别设有用于敲击琴面敲击点的琴竹，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S101：根据双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标，采用最小二乘法建立琴面敲击点的拟合平面方程；
S102：根据所述拟合平面方程，确定琴面敲击点的拟合平面；
S103：根据所述琴面敲击点的拟合平面，建立琴竹初始位置的拟合平面，得到琴竹初始位置的平面方程；
S104：根据所述双臂扬琴机器人的琴面敲击点的空间坐标，计算出所有相邻的琴面敲击点之间的最短距离，根据所述最短距离分别建立左臂的琴竹末端缓冲区和右臂的琴竹末端缓冲区；
S105：所述双臂扬琴机器人接收乐曲的敲击序列；
S106：根据所述敲击序列，判断左臂的琴竹末端缓冲区与右臂的琴竹末端缓冲区是否发生重叠？若是，则到步骤S107；若否，则到步骤S108；
S107：所述双臂扬琴机器人左臂的琴竹末端和右臂琴竹末端分别敲击离所述琴竹末端最近的敲击点，然后到步骤S111；
S108：判断所述双臂扬琴机器人的机械臂的当前敲击点与下一敲击点的距离是否大于j/2？若是，则到步骤S109；若否，则到步骤S110；j为所述双臂扬琴机器人的敲击主平面的宽度；
S109：由另外一只手臂协助敲击下一个敲击点，然后到步骤S111；
S110：所述双臂扬琴机器人的机械臂按照所述敲击序列敲击下一个敲击点；
S111：判断所述敲击序列是否执行完毕？若是，则到步骤S112；若否，则回到步骤S105；
S112：所述双臂扬琴机器人结束避碰敲击，完成乐曲演奏。
2.如权利要求1所述的一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法，其特征在于：在步骤S101中，对于琴面的每个敲击点(xi,yi,zi)，建立琴面敲击点的拟合平面方程z＝a0x+a1y+a2，a0,a1,a2的计算方法为：
其中，a0、a1分别代表所述琴面敲击点的拟合平面方程中X轴与Y轴的系数，a2代表所述琴面敲击点的拟合平面方程中Z轴上的截距。
3.如权利要求2所述的一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法，其特征在于：在步骤S103中，所述琴竹初始位置的平拟合面与所述琴面敲击点的拟合平面平行，所述琴竹初始位置的平面方程z1为：
z1-h＝a0x+a1y+a2 (2)
其中，a0、a1分别所述琴竹初始位置的平面方程中X轴与Y轴的系数，a2代表所述琴竹初始位置的平面方程中Z轴上的截距，h为所述琴竹初始位置的拟合平面比所述琴面敲击点的拟合平面高出的高度。
4.如权利要求1所述的一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法，其特征在于：在步骤S104中，所有相邻的琴面敲击点之间的最短距离为b，分别以所述双臂扬琴机器人左臂的琴竹末端A(c,d,e)和右臂的琴竹末端B(f,g,h)为中心，以b/2为半径，建立左臂的琴竹末端缓冲区和右臂的琴竹末端缓冲区。
5.如权利要求4所述的一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法，其特征在于：在步骤S106中，缓冲区发生重叠需满足的条件为：
6.一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～5所述的任意一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。
7.一种双臂扬琴机器人的敲击避碰设备，其特征在于：包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～5所述的任意一种双臂扬琴机器人的敲击避碰方法。
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