一种可调节高度的钢琴踏板装置的制作方法

本技术涉及钢琴，具体涉及一种可调节高度的钢琴踏板装置。

背景技术：

1、钢琴，作为一种历史悠久且极具表现力的键盘乐器，以其宽广的音域、丰富的动态范围以及能够同时演奏旋律与和声的特征，在古典音乐、流行音乐及教育领域占据着核心地位。其工作原理基于“击弦”机制：当演奏者按下琴键时，通过一系列精密的杠杆联动装置，驱动击弦机中的琴槌敲击琴弦，从而发出声音。演奏者通过控制按键的力度与速度，可以精确地表达音量的强弱与情感的细微变化。

2、在钢琴的演奏体系中，脚踏扮演着至关重要的角色，它不仅扩展了钢琴的音响表现力，还增强了音乐的延音、弱音与持续效果，是实现复杂音乐表达不可或缺的组成部分。现代钢琴的脚踏通常配备三个踏板，从左至右分别为：柔音踏板、弱音踏板（部分钢琴省略）和延音踏板。其中，延音踏板最为常用，踩下时可抬起所有制音器，使琴弦在按键释放后仍持续振动，产生悠长的共鸣效果；柔音踏板在立式钢琴中通常使琴槌整体前移，减小琴槌与琴弦之间的距离，从而降低音量并改变音色，在三角钢琴中则使整个击弦机横向偏移，使琴槌仅敲击部分琴弦，实现更细腻的音色变化。

3、然而，随着钢琴在家庭音乐教育、音乐治疗及特殊教育等多元化场景中的普及，传统脚踏的设计局限性日益凸显。在家庭音乐教育中，学习者涵盖儿童、青少年至成人，其身高、腿长差异显著。儿童与青少年往往因腿长不足而难以舒适地触及固定高度的踏板，常需踮脚或身体前倾，不仅影响演奏姿势的规范性，还可能造成疲劳甚至潜在的肌肉骨骼损伤。而成人演奏者则可能因踏板位置过低而无法充分发挥脚部控制的力度与灵活性。此外，在音乐治疗与特殊教育领域，钢琴被广泛用于促进身心健康、情绪表达与认知发展。然而，许多用户存在行动不便、肢体功能受限或坐姿特殊等需求，传统的固定式脚踏难以满足这些用户的操作要求，限制了他们通过脚踏实现音乐表达的可能性。

4、基于此，现有技术（授权公告号为cn109859723b的发明专利）提出一种可调节高度的钢琴踏板辅助装置，包括底座、支架、按压装置和竖向升降装置，所述按压装置包括辅助踏板、敲锤和用于将所述辅助踏板所受到的压力传递给敲锤并促使敲锤竖向运动以实现按压钢琴踏板的动力传动机构；所述按压装置还包括联动机构，所述联动机构包括第一丝杆传动机构，所述第一丝杆传动机构包括第一丝杆以及第一丝杆螺母，所述第一丝杆的上端安装在所述第三传动块上，下端竖直向下延伸；所述敲锤在与该第一丝杆接触的位置设置有避让孔；所述联动机构还包括用于驱动所述第一丝杆螺母转动以实现所述第一丝杆与所述支架同步作升降运动的同步驱动结构。所述钢琴踏板辅助装置可以调节踏板高度，从而适应于不同身高的儿童。

5、但是，上述现有技术在实际使用过程中仍然存在以下问题：踏板高度调节的准确性和便捷性较低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种可调节高度的钢琴踏板装置，部分地解决或缓解现有技术中的上述不足，能够提升踏板高度调节的准确性和便捷性。

2、为了解决上述所提到的技术问题，本实用新型具体采用以下技术方案：

3、一种可调节高度的钢琴踏板装置，包括外置踏板模块和高度调节模块，所述外置踏板模块连接在所述高度调节模块的输出端，通过所述高度调节模块调节高度；所述高度调节模块包括底座以及设置在所述底座上的驱动机构和至少一个支撑机构，所述驱动机构包括驱动电机、连接在所述驱动电机输出轴上的驱动齿轮以及与所述驱动齿轮啮合的至少一个驱动齿条；所述支撑机构包括支撑杆和支撑板，所述支撑杆的底端滑动铰接在所述底座上，且所述支撑杆的底端与所述驱动齿条传动连接，由所述驱动齿条带动移动，所述支撑杆的顶端与所述支撑板铰接，所述支撑板的底端与所述底座铰接，所述支撑板的顶端与所述外置踏板模块滑动铰接。

4、优选的，作为一种改进，所述驱动齿条和所述支撑机构的数量均为两个，且两个所述驱动齿条相对设置在所述驱动齿轮的两侧，所述支撑机构与所述驱动齿条一对一设置。

5、优选的，作为一种改进，所述支撑机构还包括支撑导轨以及滑动连接在所述支撑导轨上的支撑滑块，所述支撑导轨设置在所述驱动齿条远离所述驱动齿轮的一侧，所述支撑滑块与所述驱动齿条连接，所述支撑杆的底端与所述支撑滑块铰接外置踏板模块。

6、优选的，作为一种改进，所述支撑板的顶端两侧设置有顶端连接轴，所述外置踏板模块于所述支撑板顶端的两侧设置有连接板，所述连接板对应所述顶端连接轴的位置开设有条形槽，所述条形槽的长度方向与所述支撑板顶端的移动方向相匹配，所述顶端连接轴转动插接在对应的所述条形槽中，且所述顶端连接轴的外壁与所述条形槽的内壁滑动配合；

7、所述支撑板的底端两侧设置有底端连接轴，所述底座于所述支撑板底端的两侧设置有连接块，所述连接块对应所述底端连接轴的位置开设有连接孔，所述底端连接轴转动插接在对应的所述连接孔中。

8、优选的，作为一种改进，所述高度调节模块还包括导向机构，所述导向机构包括相对设置在所述底座上的两个连接座，两个所述连接座之间连接有导向杆，所述导向杆上滑动连接有导向块，所述导向块与所述支撑滑块连接。

9、优选的，作为一种改进，所述导向块上沿所述导向杆的轴向开设有导向孔，所述导向杆滑动插接在所述导向孔中。

10、优选的，作为一种改进，所述支撑板上开设有至少一个减重孔。

11、优选的，作为一种改进，所述高度调节模块还包括高度传感器，所述高度传感器用于检测所述外置踏板模块的高度。

12、优选的，作为一种改进，所述外置踏板模块包括安装板和固定连接在所述安装板上的安装块，所述安装块的一侧连接有至少一个外置踏板；

13、和/或，所述外置踏板包括并排铰接在所述安装块一侧的外置左踏板、外置中踏板和外置右踏板；

14、和/或，所述外置左踏板、所述外置中踏板和所述外置右踏板与所述安装板之间均连接有缓冲弹簧。

15、优选的，作为一种改进，还包括数据采集模块和加装单元，所述加装单元与外置踏板模块独立设置，且加装单元设置在钢琴上；所述数据采集模块用于采集所述外置踏板的踩踏数据，所述加装单元用于根据所述踩踏数据踩踏对应的钢琴踏板。

16、本实用新型的有益技术效果：

17、尽管现有技术（授权公告号为cn210200298u的实用新型专利）已尝试通过叉型支架、导向滑槽与驱动组件等机械结构实现辅助踏板的高度调节，但其本质上仍属于手动操作的传统模式，因此仍存在背景技术中提到的调节费力、操作不便等问题。此外，现有技术均依赖丝杠、螺杆或蜗轮蜗杆等精密机械传动实现升降，在长期使用过程中易产生异响、磨损和卡滞。

18、本实用新型提供的一种可调节高度的钢琴踏板装置，通过电机驱动与机械联动结构的协同设计，有效解决了现有技术中钢琴踏板辅助装置调节不便、操作费力、精度不足等问题，具有以下显著优点：

19、1.实现电动化高度调节，提升操作便捷性与用户体验：本实用新型采用驱动电机配合驱动齿轮与驱动齿条的传动结构，取代现有技术手动旋钮调节方式，用户仅需通过遥控器或手机等智能终端一键操作，即可启动电机，自动完成外置踏板模块的升降调节，无需蹲下操作，避免反复起身、蹲下的繁琐动作，尤其适用于儿童、老年人及行动不便者，显著降低使用负担，提升人机交互的智能化与人性化水平。

20、2.提高调节精度与重复定位能力：通过电机驱动结合导向机构（导向杆与导向块），实现支撑机构的平稳、同步运动，确保外置踏板模块在升降过程中保持水平姿态，避免偏斜卡滞。配合高度传感器，可实时检测外置踏板模块当前的高度，实现闭环控制，精准定位至预设高度，支持多档位记忆功能，便于不同用户快速切换个性化设置，提升调节数字化与智能化程度。

21、3.优化传动结构，降低操作阻力，增强可靠性：摒弃传统蜗轮蜗杆螺杆传动结构，采用齿轮+齿条驱动配合连杆式支撑机构，传动效率高、摩擦阻力小，即使长时间使用也不易出现卡滞现象。驱动电机能够提供稳定驱动力，确保儿童或力量较小的用户也能轻松完成高度调节，提升了装置的普适性与长期运行的稳定性。

22、4.结构稳定，轻量化且同步性高：高度调节模块采用单个驱动电机带动两个驱动齿条，进而同步驱动两侧支撑机构的“一带二”联动结构。该结构不仅可以确保外置踏板模块在升降过程中的平稳性与水平姿态，避免单侧倾斜，从而在用户弹奏钢琴的过程中调节外置踏板模块的高度时，也可以尽可能地减小对用户弹奏的干扰，保证用户体验；同时可以通过共用驱动源实现结构的轻量化与紧凑化，从而提高整个钢琴脚踏系统的运行效率与稳定性。具体阐述如下：

23、一方面，“一带二”结构能够保证同步性与稳定性。两个驱动齿条由同一驱动齿轮啮合驱动，且相对设置在驱动齿轮的两侧，当驱动齿轮旋转时，两个驱动齿条必然以相同速度、相反方向移动。这种机械联动确保了两侧支撑机构的运动高度同步，从根本上避免了因单侧驱动或传动误差导致的外置踏板模块在升降过程中发生左右倾斜或扭转，保证用户踩踏平台（即外置踏板模块）的水平度，从而提升操作的安全性与舒适性。并且“一带二”的结构设置将升降负载均匀分配至左右两个支撑机构，每个机构承受的力仅为总负载的一半，这不仅降低了单个部件的应力水平，延长了使用寿命，也允许采用更轻质的材料和更紧凑的结构设置，实现了整个装置的轻量化，便于移动和安装。

24、另一方面，支撑杆与支撑板的连接方式能够实现二级传动。本实用新型中，支撑杆的底端滑动铰接在底座上，并与驱动齿条传动连接，其顶端则铰接在支撑板上；而支撑板的底端铰接在底座上，其顶端与外置踏板模块滑动铰接。这一系列铰接关系构成了一个精妙的二级连杆机构，能够实现运动形式的转换与力的优化传递。

25、具体的，驱动齿条的直线往复运动，通过支撑杆底端的铰接点，直接转化为支撑杆的摆动。同时，支撑杆顶端与支撑板的铰接点也随之运动。由于支撑板底端固定在底座上，其整体运动表现为绕底端铰接点的旋转摆动。如此，即可将驱动电机的直线输出转化为连杆机构的角运动。而支撑板的摆动，通过其顶端与外置踏板模块的滑动铰接，最终驱动外置踏板模块沿垂直方向升降。此处的“滑动铰接”设置，允许支撑板顶端在摆动过程中沿一定轨迹微幅滑动，从而平滑地适应支撑板摆动轨迹与外置踏板模块理想垂直升降路径之间的几何差异。

26、实现二级传动的好处在于：1）整个升降过程通过多个铰接点的转动实现，避免滑动副摩擦带来的阻力与磨损；铰接点通常采用轴承或耐磨衬套，摩擦系数低，运动极为顺滑，即使在电动驱动下也能实现安静、无顿挫的升降体验。2）整个二级连杆机构在运动过程中能够有效抵抗侧向力，当外置踏板受到非垂直方向的踩踏力（如用户身体晃动或侧向施力）时，连杆机构能够将该踩踏力合理分解并传递至底座，防止支撑机构发生屈曲或变形，确保外置踏板模块在动态负载下的结构稳定性和安全性。3）该二级连杆机构能够将驱动齿条相对较小的直线行程，通过杠杆原理放大为外置踏板模块较大的垂直升降行程；同时，整个二级连杆机构在收缩状态时高度较低，展开时可达到较高的位置，实现大调节范围与小安装空间的结合，特别适合在钢琴前有限的空间内使用。

27、此外，本实用新型中可选的导向机构（导向杆与导向块）进一步增强了系统的性能。导向块连接在支撑滑块上，随驱动齿条移动，其在导向杆上的滑动为支撑机构底部的运动提供额外的直线约束，这与支撑杆和支撑板的摆动形成互补，共同确保整个升降过程的轨迹精确可控，尤其在承受偏载时能有效抑制晃动，提升系统的整体刚度和运动精度。

28、5.支持数据采集与功能扩展，拓展应用场景：装置可集成数据采集模块，实时记录外置踏板的踩踏力度、时长、频率等操作数据，结合加装单元实现对原钢琴踏板的精准联动控制。该设计不仅可用于常规演奏辅助，还可应用于音乐治疗、特殊教育等领域，为肢体功能受限者提供可定制的音乐交互接口，增强其音乐表达能力。

29、6.实现演奏过程中的动态自适应调节，优化演奏表现：由于本装置具备自动高度调节功能和实时踩踏数据采集能力，可在用户演奏过程中根据实际踏板使用状态进行智能反馈与动态调整。例如，当数据采集模块检测到踏板行程不足或踩踏力度不均时，可自动微调外置踏板模块的高度，使其更贴合当前演奏者的坐姿与操作习惯，从而保证踏板响应的准确性和音乐表现的连贯性。该实时调节机制有效弥补了因体位变化或疲劳导致的操控偏差，进一步提升演奏舒适度与艺术表现力。

30、7.模块化设置，适配性强，应用范围广：通过与外置踏板模块独立设置的加装单元踩踏钢琴踏板，则外置踏板模块不需要与钢琴踏板连接，即外置踏板模块独立于钢琴本体设置，其高度调节与踏板操作均不依赖钢琴的具体型号或结构，加装单元则可根据不同钢琴（立式或三角）的踏板布局进行灵活安装与适配。这种“外置+加装”的分离式架构，突破了现有辅助装置“必须与特定钢琴型号匹配”的限制，实现了“一机多用”，可广泛应用于各类品牌与型号的钢琴，极大地拓展了产品的通用性与市场适用范围。

31、8. 实现物理与功能双重隔离，避免演奏中断并有效保护钢琴本体：采用“外置+加装”的分离式架构，使得供用户踩踏的外置踏板模块独立设置于钢琴外部，与钢琴踏板无直接接触，且无需将钢琴踏板包裹或置于内部。因此，即便用户在使用过程中不慎踢碰或移动外置踏板模块，不会影响加装单元对钢琴踏板的踩踏，也不容易对钢琴本体或其原有踏板结构造成物理冲击或损坏。本实用新型不仅实现了用户操作端与钢琴本体的物理隔离，更达成了功能安全隔离，从根本上解决了现有辅助装置“因误触导致演奏中断甚至钢琴踏板受损”的隐患，提升了整个钢琴脚踏系统的演奏连贯性和安全可靠性，尤其适用于儿童活动频繁的家庭环境或需要辅助支撑的特殊教育场景。