(57)【要約】【課題】  アクチュエータの性能に関わらず、単打もロールも好適に実施することができるマニピュレータと、そのマニピュレータを備えるロボットを提供する。【解決手段】  本発明のマニピュレータは、打楽器を演奏するマニピュレータであり、スティックと、スティックを回転自由に支持している支持部材と、スティックの先端が打楽器の打面に向かう側の回転力をスティックに付与しておく付勢手段と、スティックと当接することによってスティックの回転限界を規制するとともに支持部材に配置されているストッパと、支持部材を動かすアクチュエータとを備える。【選択図】  図１
2006159295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
打楽器を演奏するマニピュレータであり、
スティックと、
スティックを回転自由に支持している支持部材と、
スティックの先端が打楽器の打面に向かう側の回転力をスティックに付与しておく付勢手段と、
スティックと当接することによってスティックの回転限界を規制するとともに支持部材に配置されているストッパと、
支持部材を動かすアクチュエータと、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
打楽器を演奏するロボットであり、
請求項１のマニピュレータと、
ストッパと当接しているスティックの先端が打楽器の打面に衝突するようにアクチュエータを駆動する手段と、
を備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、打楽器を演奏するマニピュレータと、そのマニピュレータを備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
テーマパーク等のアトラクションで、打楽器を演奏するロボットが活躍している。このロボットは、スティックを持ったマニピュレータを備えており、演奏する曲目に合わせてマニピュレータを動作させることによって、スティックの先端を打楽器の打面に打ち下ろして演奏する。
【０００３】
特許文献１に、マニピュレータを備えた演奏ロボットが開示されている。このロボットは、スティックを備えるマニピュレータの振り下ろし開始タイミングと、振り下ろし速度と、マニピュレータの振り上げ開始タイミングとを制御することによって、打楽器を演奏する。
【特許文献１】特開２００４−１７７６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術によると、打楽器から音を発生させるタイミングや、発生する音の音量を、自在に制御することができる。従って、ロボットに所望のパターンで演奏させることが可能である。
しかしながら、上記の技術はさらなる改善の余地を残している。
【０００５】
打楽器を演奏するロボットでは、単打演奏のみならず、ロール演奏できることが望まれている。本明細書で「単打」とは、打楽器の打面を単発的に叩くことを言う。「ロール」とは、打楽器の打面を連続的に叩くことを言う。
特許文献１に記載のロボットでロール演奏を行う場合、アクチュエータを駆動して腕先を繰返し上下動して、スティック先端を打面に繰返し衝突させる。この場合、ロール演奏の速度は、アクチュエータが腕先を上下動させる速度に依存する。本明細書で「ロール演奏の速度」とは、ロール演奏しているときの単位時間あたりの打数を言う。アクチュエータが腕先を上下動させる速度は、アクチュエータの応答特性に大きく左右される。従ってロール演奏の速度は、腕先の動きを制御するアクチュエータの性能によって、制限される。
【０００６】
移動型ロボットの場合、ロボットに搭載するアクチュエータは小型で軽量のものが好ましい。小型で軽量なアクチュエータを用いて腕先を上下動させる場合、その応答特性は限られており、望ましい速度のロール演奏を行わせることが困難であった。本発明者らが試験を実施したところ、アクチュエータとして一般的なサーボモータを用いたロール演奏では、秒間５打程度が限界であった。
【０００７】
ロール演奏の速度が遅いと、ロボットが演奏できるパターンが限られてしまう。ロボットに自在に演奏をさせるためには、アクチュエータの性能に関わらず、より速いロール演奏を実現できる技術が望まれる。
【０００８】
本発明では上記の課題を解決する。本発明では、アクチュエータの性能に関わらず、単打演奏も高速ロール演奏も実施することができるマニピュレータと、そのマニピュレータを備えたロボットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のマニピュレータは、打楽器を演奏するマニピュレータであり、スティックと、スティックを回転自由に支持している支持部材と、スティックの先端が打楽器の打面に向かう側の回転力をスティックに付与しておく付勢手段と、スティックと当接することによってスティックの回転限界を規制するとともに支持部材に配置されているストッパと、支持部材を動かすアクチュエータとを備えている。
【００１０】
上記のマニピュレータは、アクチュエータを駆動して支持部材を動かし、付勢手段によってストッパに押し付けられてそれ以上には回転することができないスティックの先端を打楽器の打面に衝突させることによって打楽器から打音を発生させる。打楽器の打面へ衝突したスティックの先端は打面によって跳ね上げられ、付勢手段が付与している回転力に抗して回転することによってスティックがストッパから離れる。打面からの反発力によって回転するスティックは（そのときの回転方向が、付勢手段が与えられる回転力と逆方向であることに留意されたい）、付勢手段から与えられる回転力によって、やがて回転方向を反転させ、その後には打面に向かう方向に回転する。付勢手段から与えられる回転力によって、スティックの先端が打面に向かう回転が加速され、スティックの先端が再度打面へ衝突する。上記を繰返すことによって、スティックと打面は衝突を繰り返し、ロール演奏が実現される。
【００１１】
上記のマニピュレータを用いて単打演奏を行う場合には、スティックの先端が打楽器の打面と衝突して跳ね上がってから、再度打面に衝突するまでの間に、アクチュエータを駆動して支持部材を打面から離れた位置にまで動かせばよい。このようにすると、スティックの先端が再び打楽器の打面へ衝突する前に、スティックがストッパと衝突してそれ以上の回転を規制され、スティックの先端が打楽器の打面へ到達しない。
上記のマニピュレータを用いることによって、単打演奏とロール演奏を選択することができる。
【００１２】
本発明者らが上記のマニピュレータを試作して、ドラムの演奏を実施したところ、単打演奏についても、ロール演奏についても、好適な演奏を実現することができた。特に、ロール演奏については、秒間１６打の高速ロール演奏を実現できることが確認された。なお上記数値は、例示であり、権利範囲を画定するものではない。
【００１３】
本発明は、打楽器を演奏するロボットにも具現化される。本発明のロボットは、上記したマニピュレータと、ストッパと当接しているスティックの先端が打楽器の打面に衝突するようにアクチュエータを駆動する手段を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のマニピュレータを用いることによって、アクチュエータの性能に関わらず、単打演奏も高速ロール演奏も実施することができる。
本発明のロボットを用いることによって、所望の演奏パターンで打楽器を演奏させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。最初に実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）  スティックに回転力を付与する付勢手段は、回転軸から離れた位置でスティックと接触する弾性体であって、その復元力によってスティックをストッパに押し付けておく弾性体であることが好ましい。
弾性体の復元力よってスティックに付与される回転モーメントは、スティックと弾性体の接触点から回転軸までの距離が離れるほど大きくなる。弾性体の位置を変えることによって、ロール演奏の速度を調整することができる。
（形態２）  付勢手段は、単打演奏可能な範囲内でロール演奏の速度が最大となる回転力を付与する。
【実施例】
【００１６】
（第１実施例）
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。
本発明に係るロボットを、図面を参照しながら説明する。図３に、ロボット１０の正面図を示している。ロボット１０はヒトを模して作られたヒューマノイド・ロボットと言える。
【００１７】
ロボット１０は、車輪２２，２２を回転させることによって自身を進行させる。このロボット１０は、ヒトが行進しながらドラム６０を演奏する（叩く）ように、移動しながらドラム６０を演奏する。
胴体部７０は略直方体形状を有している。胴体部７０には、ロボット１０の動作を統括的に制御する制御部９０が収納されている。
【００１８】
胴体部７０には、アーム（腕）３０ａ，３０ｂが接続されている。以下では、アーム３０ａを右アームといい、アーム３０ｂを左アームという。右アーム３０ａは、上腕部３２ａと下腕部３４ａと掌部１３０ａを有している。
上腕部３２ａの一端が胴体部７０に揺動自在に取り付けられている。上腕部３２ａの他端には、関節３８ａによって下腕部３４ａの一端が連結されている。下腕部３４ａは、関節３８ａを支点として揺動可能である。この関節３８ａはヒトの肘関節に相当する。上腕部３２ａの内部には、下腕部３４ａを揺動させるアクチュエータ３５ａ（例えばソレノイドやモータ）が設けられている。このアクチュエータ３５ａは、制御部９０から出力される制御信号に基づいて駆動される。
下腕部３４ａの他端には、関節１３２ａによって掌部１３０ａが連結されている。掌部１３０ａは、関節１３２ａを支点として揺動可能である。この関節１３２ａはヒトの手首関節に相当する。下腕部３４ａの内部には、掌部１３０ａを揺動させるアクチュエータ１３５ａ（例えばソレノイドやモータ）が設けられている。このアクチュエータ１３５ａは、制御部９０から出力される制御信号に基づいて駆動される。掌部１３０ａには、ドラム６０を叩くスティック３６ａが支持されている。掌部１３０ａによるスティック３６ａの支持の詳細については、後述する。
【００１９】
左アーム３０ｂは、右アーム３０ａと同様の構成をしている。即ち、左アーム３０ｂは、上腕部３２ｂと下腕部３４ｂと掌部１３０ｂを有する。下腕部３４ｂは、肘関節３８ｂを支点として揺動可能である。掌部１３０ｂは、手首関節１３２ｂを支点として揺動可能である。掌部１３０ｂには、ドラム６０を叩くスティック３６ｂが保持されている。また、上腕部３２ｂ内には、下腕部３４ｂを揺動させるアクチュエータ３５ｂが設けられている。下腕部３４ｂ内には、掌部１３０ｂを揺動させるアクチュエータ１３５ｂが設けられている。
【００２０】
図１は図３のＡ部の詳細を示す図であり、掌部１３０ａによるスティック３６ａの支持の様子を示す。スティック３６ａは、回転軸１３６ａによって掌部１３０ａに回転自由に連結されている。スティック３６ａは、回転軸１３６ａを支点として回転可能である。
スティック３６ａと掌部１３０ａの間には、コイルばね１４０ａが圧縮状態で挿入されている。コイルばね１４０ａは、スティック３６ａに時計回転方向の付勢力を付与している。スティック３６ａが時計回転方向に回転すると、スティックの先端３７ａは下方に回転する。すなわちコイルばね１４０ａは、スティック３６ａの先端３７ａが打楽器６０の打面６２に向かう側の回転力をスティック３６ａに付与している。圧縮ばね１４０ａは、一端がスティック３６ａのばね結合部１３４ａに結合され、他端が掌部１３０ａのばね保持部１４２ａに結合されている。
掌部１３０ａにはスティック３６ａの回転を規制する樹脂製のストッパ１３８ａが設けられている。ストッパ１３８ａは、スティック３６ａの先端３７ａが、ドラム６０の打面６２に向かう方向（図１の時計周りの方向）に、それ以上に回転することを規制する。スティック３６ａの先端３７ａがドラム６０の打面６２に向かう方向は、スティック３６ａがストッパ１３８ａに接近する方向でもある。
上記のばね１４０ａは、スティック３６ａがストッパ１３８ａに当接したときでも圧縮された状態となるように調整されている。従って、演奏がなされていない状態では、スティック３６ａはばね１４０ａの復元力によって、ストッパ１３８ａに押し付けられた状態で支持される。
【００２１】
本実施例のロボット１０は、ドラム６０を単打演奏する動作と、ロール演奏する動作を含む演奏動作を行う。
以下では本実施例のロボット１０がロール演奏をする場合について説明する。
制御装置９０は、ロール演奏を行う際に、アクチュエータ１３５ａを駆動して、掌部１３０ａをスティック３６ａを振り下ろす方向（図１の時計回りの方向）に回転させて、スティック３６ａをドラム６０に向けて振り下ろす。スティック３６ａがドラム６０に衝突し、ドラム６０は打音を発生する。
図２はドラム６０の打面６２との衝突によって、スティック３６ａの先端３７ａが跳ね上げられる様子を示している。図２では、スティック３６ａの先端３７ａが跳ね上げられる前に、掌部１３０ａがさらに回転し、ドラム６０に深く打ち込まれている場合を示している。打面６２との衝突によって、スティック３６ａの先端３７ａは跳ね上げられる。スティック３６ａはストッパ１３８ａから離れて、ばね１４０ａからの復元力に抗して回転軸１３６ａを支点として打面６２から離れる方向（図２の反時計回りの方向）に回転する。ばね１４０ａから作用する復元力によって、スティック３６ａの回転は徐々に減衰していき、やがてスティック３６ａの回転の方向は反転して、打面６２に向かう方向（図２の時計回りの方向）に回転する。
スティック３６ａの打面６２に向かう方向の回転は、ばね１４０ａによって打面６２に向かう方向に付勢されており、スティック３６ａの先端３７ａは加速されて再度打面６２へ衝突する。打面６２との衝突によって、スティック３６ａの先端３７ａは再び跳ね上がる。
制御装置９０はロール演奏を行う間、掌部１３０ａの位置を固定しておく。この間スティック３６ａと打面６２は衝突を繰り返し、ドラム６０は音の発生を繰返す。上記のようにして、ロボット１０はロール演奏を行う。
【００２２】
制御装置９０はロール演奏を終了する場合、掌部１３０ａをスティック３６ａを振り上げる方向（図２の反時計回りの方向）に回転させて、スティック３６ａを振り上げる。スティック３６ａの先端３７ａと打面６２が衝突してから、再度衝突するまでの間に、掌部１３０ａを回転させてスティック３６ａを振り上げると、スティック３６ａは打面６２へ向かう回転の途中でストッパ１３８ａに衝突し、その先端３７ａは打面６２まで到達しない。スティック３６ａはストッパ１３８ａとの衝突によって勢いを減殺されて、その後ストッパ１３８ａに当接した状態で回転を停止する。
【００２３】
上記したロール演奏の速度は、ばね１４０ａの剛性や予め与えられた収縮量、スティック３６ａの慣性モーメント、スティック３６ａと打面６２との衝突時の相対速度等によって変化する。したがって、ばね１４０ａの剛性や収縮量、スティック３６ａの慣性モーメント等を予め調整しておくことで、所望の速度のロール演奏を実現することができる。
【００２４】
また上記のロール演奏の速度は、演奏動作の最中に調整することができる。
例えば、ロール演奏中に掌部１３０ａをスティック３６ａを振り下ろす方向（図２の時計回りの方向）にさらに回転させ、ばね１４０ａの収縮量を増大させると、スティック３６ａに付勢される復元力が増大して、スティック３６ａが跳ね上がってから再度衝突するまでの時間は短縮される。すなわち、ロール演奏の速度を速めることができる。逆に、ロール演奏中に掌部１３０ａをスティック３６ａを振り上げる方向（図２の反時計回りの方向）へ回転させ、ばね１４０ａの収縮量を減少させると、スティック３６ａに付勢される復元力が減少して、スティック３６ａの先端３７ａが跳ね上がってから再度衝突するまでの時間は延長される。すなわち、ロール演奏の速度を遅くすることができる。
また図３の胴体部７０にドラム６０の保持位置を上下に移動させる機構を設けておき、ロール演奏中にドラム６０の保持位置を上下に移動することによっても、ロール演奏の速度を調整することができる。例えばロール演奏中にドラム６０の保持位置を上昇させることで、図２のスティック３６ａの先端３７ａが打面６２との衝突によって跳ね上がってから再度衝突するまでの時間は短縮される。すなわち、ロール演奏の速度を速めることができる。逆にロール演奏中にドラム６０の保持位置を下降させることで、ロール演奏の速度を遅くすることができる。
【００２５】
次にロボット１０が単打を行う場合について説明する。
図３の制御装置９０はアクチュエータ１３５ａを駆動して、掌部１３０ａを回転させて、スティック３６ａをドラム６０に向けて振り下ろす。スティック３６ａが振り下ろされて、図２に示すようにスティック３６ａの先端３７ａがドラム６０の打面６２へ衝突すると、ドラム６０は音を生じる。
打面６２との衝突によって、スティック３６ａの先端は跳ね上げられる。スティック３６ａは回転軸１３６ａを支点として、ばね１４０ａからの復元力に抗して、打面６２から離れる方向（図２の反時計回りの方向）に回転する。ばね１４０ａから作用する復元力によって、スティック３６ａの回転は徐々に減衰していき、やがてスティック３６ａの回転の方向は反転して、打面６２に向かう方向（図２の時計回りの方向）に回転する。
図３の制御装置９０は、スティック３６ａの先端が跳ね上げられてから、再度打面６２に衝突するまでの間に、掌部１３０ａを回転させて、スティック３６ａを振り上げる。スティック３６ａはその先端３７ａが打面６２へ向かう方向の回転の途中でストッパ１３８ａに衝突し、その先端３７ａは打面６２まで到達しない。スティック３６ａはストッパ１３８ａとの衝突によって回転の勢いを減殺されて、その後ストッパ１３８ａに接した状態で回転を停止する。
上記のようにして、ロボット１０は単打を行うことができる。
【００２６】
上記したロボット１０の単打の動作は、スティック３６ａの先端３７ａが打面６２から跳ね上げられてから再度打面６２へ衝突するまでの間に、アクチュエータ１３５ａを駆動して掌部１３０ａをスティック３６ａを振り上げる方向に僅かに回転させることで、実現することができる。このようにアクチュエータ１３５ａを駆動することは、スティック３６ａを掌部１３０ａに固定し、掌部１３０ａの回転方向を連続的に切換えることによってロール演奏をする場合にくらべて、アクチュエータ１３５ａに要求される性能は、それほど厳しいものではない。
【００２７】
上記のようにして単打を行うと、スティック３６ａは打面６２を叩いた後すぐに打面６２から離れる。従って、打面６２の振動が妨げられることがなく、ドラム６０からきれいな音を出すことができる。
【００２８】
本発明者らが上記のロボットを試作して、ドラムの演奏を実施したところ、単打演奏についても、ロール演奏についても、好適な演奏を実現することができた。特に、ロール演奏については、秒間１６打の高速ロール演奏を実現できることが確認された。上記のロール演奏の速度は、アクチュエータ１３５ａとして一般的なサーボモータを使用した場合に単打演奏が可能な範囲内で、ロール演奏の速度が最大となる回転力を、ばね１４０ａによってスティック３６ａに付与した場合のものである。
【００２９】
上記の実施例では、スティック３６ａの回転を付勢する手段としてばね１４０ａを用いる例を説明した。これ以外にも、スティック３６ａの回転を付勢する手段は、様々な構成によって実現することができる。例えばばね１４０ａの代わりに、スティック３６ａと掌部１３０ａを回転軸１３６ａで連結し、スティック３６ａがストッパ１３８ａに当接した状態でスティック３６ａの先端３７ａが打面６２に向かう方向の回転力を付与するねじりばねを用いてもよい。
また、小型のモータを用いてスティック３６ａに回転軸１３６ａ回りのトルクを負荷して、スティック３６ａの先端３７ａが打面６２へ向かう方向に付勢することによっても、上記と同様にしてロール演奏および単打演奏を実現することができる。
【００３０】
上記の実施例では、打楽器としてドラム６０を用いる例を説明した。これ以外にも、打楽器としては例えば膜面の振動をセンサによって検知し、膜面の振動を信号によって送信し、他の音源で音を生成する電子ドラムであってもよい。
【００３１】
上記の実施例では、打楽器としてドラムを用いる例を説明したが、打楽器としてはこれに限定されない。例えば、バスドラム、メロディックタム、フロアタム、ティンパニ、和太鼓といった膜鳴打楽器、シンバル、トライアングル、ゴング、釣鐘、木魚等の体鳴打楽器でもよい。さらに、シロフォン、マリンバを含む木琴や、グラッケンシュピール、ヴィブラフォンを含む鉄琴といった鍵盤打楽器でもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明のマニピュレータを模式的に示す図である。
【図２】図２はスティックが打面に衝突する様子を示す図である。
【図３】図３は本発明のロボットを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・ロボット
２２・・・車輪
３０ａ・・・右アーム
３２ａ・・・上腕部
３４ａ・・・下腕部
３５ａ・・・アクチュエータ
３６ａ・・・スティック
３７ａ・・・スティックの先端
３８ａ・・・関節
４０・・・頭部
６０・・・ドラム
６２・・・打面
７０・・・胴体部
９０・・・制御部
１３０ａ・・・掌部
１３２ａ・・・関節
１３４ａ・・・ばね結合部
１３５ａ・・・アクチュエータ
１３６ａ・・・回転軸
１３８ａ・・・ストッパ
１４０ａ・・・ばね
１４２ａ・・・ばね保持部
【図１】
2006159295.tif 000003
【図２】
2006159295.tif 000004
【図３】
2006159295.tif 000005