一种钢琴教学机器人及其调节控制方法 |
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| 申请号 | CN202011204312.6 | 申请日 | 2020-11-02 | 公开(公告)号 | CN112233496A | 公开(公告)日 | 2021-01-15 |
| 申请人 | 小叶子(北京)科技有限公司; | 发明人 | 夏雨; 胥晓叶; 张明辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 钢 琴教学 机器人 ，包括：底座，安装于钢琴上，其上安装有收声麦克 风 、摄像头、 节拍 器和条状照明灯；摄像头和音频采集板，连接至控制板，采集摄像头的视频数据和收声麦克风的音频数据；输入输出板，连接至控制板，输入电源，并将条状照明灯的 亮度 和 色度 数据及节拍器的声音和 频率 数据输出至控制板；控制板，安装于底座内部，根据条状照明灯的亮度和色度数据，对条状照明灯的亮度和/或色度进行调节控制，根据节拍器的声音和频率数据，对节拍器的音量和/或速度进行调节控制。本发明还公开了一种钢琴教学机器人的调节控制方法。本发明可同时对钢琴演奏区域的光线以及节拍器的音量和速度进行调节控制，对演奏者的声音和手型进行识别。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钢琴教学机器人，其特征在于，所述机器人包括： |
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| 说明书全文 | 一种钢琴教学机器人及其调节控制方法技术领域[0001] 本发明涉及钢琴技术领域，具体而言，涉及一种钢琴教学机器人及其调节控制方法。 背景技术[0002] 智能钢琴相关技术中，一般通过软件进行声音识别，以此来判断学生弹奏中的错音、节奏等问题，从而实现教学或陪练的目的。在声音识别时，依赖于用户的收声设备(手机、平板等)，导致效果较差，影响识别准确率。另外，其他硬件辅助设备例如护眼灯、节拍器等都只能实现各自单一的功能，无法同时对钢琴演奏区域的光线以及节拍器的音量和速度进行实时调节控制，也无法同时对演奏者的声音和手型进行识别。 发明内容[0003] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种钢琴教学机器人及其调节控制方法，可同时对钢琴演奏区域的光线以及节拍器的音量和速度进行实时调节控制，并可同时对演奏者的声音和手型进行识别。 [0004] 本发明提供了一种钢琴教学机器人，所述机器人包括： [0006] 摄像头和音频采集板，其连接至控制板上，用于采集所述摄像头的视频数据和所述收声麦克风的音频数据； [0008] 控制板，其安装于所述底座内部，用于根据所述条状照明灯的亮度和色度数据，对所述条状照明灯的亮度和/或色度进行调节控制，还用于根据所述节拍器的声音和频率数据，对所述节拍器的音量和/或速度进行调节控制。 [0011] 节拍电路，其用于根据所述节拍器的声音和频率数据，输出不同的幅度和频率的波形，以实现对所述节拍器的音量和/或速度的调节控制； [0012] 电源管理电路，其用于对所述控制板提供电源； [0013] USB座，其用于连接外部移动设备。 [0014] 作为本发明进一步的改进，所述底板上还插接有liunx核心板，所述liunx核心板用于转换所述摄像头和音频采集板采集的数据，并将转换后的数据输出至所述USB座。 [0016] 作为本发明进一步的改进，所述灯板连接至所述控制板上，所述控制板通过控制所述冷暖灯珠组的电流和所述冷暖灯珠组中冷光LED灯珠和暖光LED灯珠的比例，实现对所述条状照明灯亮度和/或色度的调节控制。 [0017] 作为本发明进一步的改进，所述输入输出板上设有电源插座，按钮和旋钮开关，其中，所述电源插座用于引入外接电源，所述按钮和旋钮开关用于对所述条状照明灯进行手动调节，以获取所述条状照明灯的亮度和色度数据，所述按钮和旋钮开关还用于对所述节拍器进行手动调节，以获取所述节拍器的声音和频率数据。 [0018] 作为本发明进一步的改进，所述外部移动设备为安卓设备或ISO设备。 [0019] 本发明还提供了一种钢琴教学机器人的调节控制方法，采用所述机器人，所述方法包括： [0020] 采集所述机器人的使用数据，其中，所述使用数据包括条状照明灯的亮度和色度数据、节拍器的声音和频率数据、收声麦克风的音频数据和摄像头的视频数据； [0021] 根据所述使用数据，获取用于对所述机器人进行控制的调节数据； [0022] 根据所述调节数据，对所述条状照明灯的亮度和/或色度进行调节控制，并对所述节拍器的音量和/或速度进行调节控制。 [0023] 作为本发明进一步的改进，所述根据所述使用数据，获取用于对所述机器人进行控制的调节数据，包括： [0024] 根据所述条状照明灯的亮度和色度数据，获取用于调节控制所述条状照明灯的电流和比例数据； [0025] 根据所述节拍器的声音和频率数据，获取用于调节所述节拍器的幅度和频率数据。 [0026] 作为本发明进一步的改进，所述根据所述调节数据，对所述条状照明灯的亮度和/或色度进行调节控制，并对所述节拍器的音量和/或速度进行调节控制，包括： [0027] 根据所述条状照明灯的电流和比例数据，控制输出不同的电流和比例，以实现对所述条状照明灯的亮度和/或色度的调节控制； [0028] 根据所述节拍器的幅度和频率数据，控制输出不同的幅度和频率的波形，以实现对所述节拍器的音量和/或速度的调节控制。 [0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0031] 图1为本发明一示例性实施例所述的一种钢琴教学机器人的结构示意图； [0032] 图2为本发明一示例性实施例所述的控制板的示意图。 具体实施方式[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0034] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。 [0035] 另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。 [0036] 本发明实施例所述的一种钢琴教学机器人，如图1所示，所述机器人包括： [0037] 底座，其安装于钢琴上，所述底座上安装有收声麦克风、摄像头、节拍器和条状照明灯； [0038] 摄像头和音频采集板，其连接至控制板上，用于采集所述摄像头的视频数据和所述收声麦克风的音频数据； [0039] 输入输出板，其连接至所述控制板上，用于输入电源，并将所述条状照明灯的亮度和色度数据以及所述节拍器的声音和频率数据输出至所述控制板； [0040] 控制板，其安装于所述底座内部，用于根据所述条状照明灯的亮度和色度数据，对所述条状照明灯的亮度和/或色度进行调节控制，还用于根据所述节拍器的声音和频率数据，对所述节拍器的音量和/或速度进行调节控制。 [0041] 现有技术中，一般通过软件进行声音识别，以此来判断学生弹奏中的错音、节奏等问题，从而实现教学或陪练的目的。在声音识别时，依赖于用户的收声设备(手机、平板等)，这种收声设备是针对语音优化的，而非乐器，所以导致收声效果较差，影响识别准确率。这种仅通过声音进行判断，无法达到较好的教学和练习效果。 [0042] 本发明所述机器人通过增加一种外接的视频输入设(外接摄像头)，作为一种手型识别的模块，实时拍摄演奏区域的全方位视频数据，再将该视频数据传输至智能APP，对演奏者的手型进行识别纠正。相较于移动终端自带摄像头的方案，本发明可以提供更为准确的识别效果。例如，夹在平板上的前置摄像头(鱼眼镜头)，虽能拍摄手型视频，然而由于镜头距离琴键较劲，只能采用超广角镜头，从垂直上方拍摄演奏者手型，图像变形严重。且前置镜头经过多次折射，图像质量通常较差，大大增加了手型识别的难度。可以理解的是，本发明所述摄像头位于钢琴正上方拍摄键盘，可拍摄完整的88键，且不会有广角变形，清晰度达到1080p以上，帧率30fps以上，并可通过数据线连接移动终端。 [0043] 本发明所述机器人通过增加一种外接的收声麦克风，作为一种声音识别模块，实时获取演奏区域的音频数据，再将该音频数据传输至智能APP，对演奏者的声音进行识别纠正。相较于移动终端自带收声设备的方案，本发明提供基于乐器收声的声音识别模块，可以获得较好的收声效果，提高识别准确率，并可对钢琴音色进行优化。 [0044] 本发明所述机器人将收声麦克风、摄像头、节拍器和条状照明灯等各个硬件集成于一体，相较于各个功能单一的硬件，更为实用，并可同时对钢琴演奏区域的光线以及节拍器的音量和速度进行实时调节控制，并同时对演奏者的声音和手型进行识别。 [0045] 可以理解的是，本发明所述机器人适用于各种类型的钢琴，并不仅限于88键的钢琴，本发明对钢琴的类型不做具体限定。 [0046] 一种可选的实施方式，如图2所示，所述控制板包括通过单片机控制的底板，所述底板上设置有： [0047] 调光电路，其用于根据所述条状照明灯的亮度和色度数据，输出不同的电流和比例，以实现对所述条状照明灯的亮度和/或色度的调节控制； [0048] 节拍电路，其用于根据所述节拍器的声音和频率数据，输出不同的幅度和频率的波形，以实现对所述节拍器的音量和/或速度的调节控制； [0049] 电源管理电路，其用于对所述控制板提供电源； [0050] USB座，其用于连接外部移动设备。 [0051] 一种可选的实施方式，所述底板上还插接有liunx核心板，所述liunx核心板用于转换所述摄像头和音频采集板采集的数据，并将转换后的数据输出至所述USB座。 [0052] 其中，摄像头和音频采集板通过4根线连接到控制板上，按照标准的USB UVC协议传输视频和音频信息。底板作为控制板的主板，其通过单片机进行控制，底板还可通过接插板连接一个liunx核心板。所述外部移动设备为安卓设备或ISO设备。当外部移动设备是安卓设备时，摄像头和音频采集板的数据直接连接到USB座，把数据传送出去。当外部移动设备是IOS设备时，摄像头和音频采集板的数据接到liunx核心板上，并通过在该liunx核心板上的转换协议转换后，把输出的数据连接到USB座。 [0053] 一种可选的实施方式，所述条状照明灯包括灯板，以及在所述灯板上间隔均匀交替排布的冷暖灯珠组，所述冷暖灯珠组包括多个冷光LED灯珠和多个暖光LED灯珠。 [0054] 一种可选的实施方式，所述灯板连接至所述控制板上，所述控制板通过控制所述冷暖灯珠组的电流和所述冷暖灯珠组中冷光LED灯珠和暖光LED灯珠的比例，实现对所述条状照明灯亮度和/或色度的调节控制。 [0055] 其中，所述灯板例如可通过3根线连接到控制板上，控制板通过控制所述冷暖灯珠组的电流和比例实现对亮度和色度的调节。可以理解是，将所述条状照明灯设计成交错布置的冷暖灯珠组，可实现光线的调节(包括亮度和色度)，以更好的适应演奏环境。相较于无法调节光线或只能进行亮度单一调节的护眼灯来说，可更好的保护演奏者的视力。 [0056] 一种可选的实施方式，所述输入输出板上设有电源插座，按钮和旋钮开关，其中，所述电源插座用于引入外接电源，所述按钮和旋钮开关用于对所述条状照明灯进行手动调节，以获取所述条状照明灯的亮度和色度数据，所述按钮和旋钮开关还用于对所述节拍器进行手动调节，以获取所述节拍器的声音和频率数据。 [0057] 其中，所述输入输出板通过电源插座引入外接的9V电源，并把按钮和旋转开关的输出信号一起通过排线接到控制板上。控制板通过按钮和旋转开关的信号进行灯光的亮度、色度调节或节拍器的速度、声音大小调节。可选的，控制板采集输入输出板上按钮和旋转开关的亮度和色度信息，控制调光电路输出不同的电流和比例，从而让灯板发出不同的亮度和色度。可选的，控制板采集输入输出板按钮和旋转开关的声音和频率信息，控制节拍电路输出不同的频率和幅度的波形，从而发出快慢和高低不同的声音。 [0058] 本发明实施例所述的一种钢琴教学机器人的调节控制方法，采用前述实施方式所述机器人，所述方法包括： [0059] 采集所述机器人的使用数据，其中，所述使用数据包括条状照明灯的亮度和色度数据、节拍器的声音和频率数据、收声麦克风的音频数据和摄像头的视频数据； [0060] 根据所述使用数据，获取用于对所述机器人进行控制的调节数据； [0061] 根据所述调节数据，对所述条状照明灯的亮度和/或色度进行调节控制，并对所述节拍器的音量和/或速度进行调节控制。 [0062] 如前述实施方式所述，本发明所述方法可同时对钢琴演奏区域的光线以及节拍器的音量和速度进行实时调节控制，同时对演奏者的声音和手型进行识别。 [0063] 一种可选的实施方式，所述根据所述使用数据，获取用于对所述机器人进行控制的调节数据，包括： [0064] 根据所述条状照明灯的亮度和色度数据，获取用于调节控制所述条状照明灯的电流和比例数据； [0065] 根据所述节拍器的声音和频率数据，获取用于调节所述节拍器的幅度和频率数据。 [0066] 一种可选的实施方式，所述根据所述调节数据，对所述条状照明灯的亮度和/或色度进行调节控制，并对所述节拍器的音量和/或速度进行调节控制，包括： [0067] 根据所述条状照明灯的电流和比例数据，控制输出不同的电流和比例，以实现对所述条状照明灯的亮度和/或色度的调节控制； [0068] 根据所述节拍器的幅度和频率数据，控制输出不同的幅度和频率的波形，以实现对所述节拍器的音量和/或速度的调节控制。 [0069] 如前述实施方式所述，控制板通过控制所述冷暖灯珠组的电流和比例实现对亮度和色度的调节。控制板通过按钮和旋转开关的信号进行灯光的亮度、色度调节或节拍器的速度、声音大小调节。其中，控制板采集输入输出板上按钮和旋转开关的亮度和色度信息，控制调光电路输出不同的电流和比例，从而让灯板发出不同的亮度和色度。控制板采集输入输出板按钮和旋转开关的声音和频率信息，控制节拍电路输出不同的频率和幅度的波形，从而发出快慢和高低不同的声音。 [0070] 在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。 [0071] 此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。 [0072] 本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。 |
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