近年来随着人民生活水平日益提高,越来越多的人选择学习钢琴弹奏来提高素养,陶冶情操,以钢琴为教学内容的钢琴教育事业得到了发展。然而钢琴弹奏是一项专业性很强的手部技能,其学习效果取决于教师经验和训练方法。然而教学资源的稀缺和训练方法的过程枯燥、学习时间长等原因,往往令初学者望而却步。结合机器人技术与教育信息技术的教育机器人为我们提供了新的教学方式,其主要用于运动学习与动作控制的辅助教学,目的是提高运动教学效率和质量、增加自主型运动学习趣味性,以及减少教师工作量。本文在研究手指弹琴触键动作的基础上,设计了一款钢琴教学外骨骼机械手,该钢琴教学机械手可带动人手进行规范的弹琴触键动作训练,从而实现辅助初学者自学、减轻钢琴教师工作量的目的。本文主要进行以下研究工作:（1）为了揭示触键动作规律,研究了食指弹琴触键动作关节转角位移,搭建了基于Leap motion的钢琴弹奏触键动作测量平台;然后请八位具有多年钢琴弹奏经验的人员在所搭建平台上进行钢琴弹奏触键动作,采集其食指的掌指关节（MCPJ）、近指关节（PIPJ）以及远指关节（DIPJ）的位移参数并进行信息转换与输出;接下来分析食指钢琴弹奏动作的空间姿态、运动范围以及动作特性,给出分段拟合驱动控制函数,以此简化复杂的触键动作规律;最后对拟合曲线进行了误差分析,验证了所拟合曲线的精度。（2）首先对人手进行建模与运动学分析,提出了欠驱动外骨骼钢琴教学机械手结构设计方案。根据方案设计欠驱动传动方式与控制元件。为简化传动路线,提高传动精度,减少驱动源的数量,本文提出采用电机驱动元件和绳索传动实现三自由度单电机驱动的欠驱动传动;最后为所设计结构搭建相应的测控部分。（3）为了验证所设计外骨骼机械手的驱动力特性和轨迹实现效果,通过输入相关参数进行仿真,计算分析驱动力的特性,输出结构驱动力矩和三特征点位移轨迹;针对驱动力矩曲线图和仿真轨迹来进行驱动力矩特性与结构模型运动轨迹评价。（4）为了评价钢琴教学机械手实用性、运动精度以及教学效果,本文搭建相应实验平台对钢琴教学机械手进行实验验证。首先以3D打印的方式将结构制造并装配,搭建MIDI键盘、控制板、MPU-6050、钢琴教学机械手以及测量界面等的训练实验平台。然后进行触键动作实验和教学效果实验,验证了钢琴教学机械手的结构精度和教学效果。除此之外本文为提高多次高频率运转下的机械手使用性能,对结构进行失效分析并进行结构优化。根据以上工作,本文所设计的钢琴教学外骨骼机械手在钢琴教学弹奏训练中的触键动作练习可以实现学员的自主学习,增加钢琴教学的趣味性,具有测量与控制系统实现即时纠正错误动作。其整体结构具有简单、长度可调、轻便易携、安全可靠、舒适性强、动作精度高的特点,减轻钢琴教师工作量,提高钢琴教学质量。