JP2001282264A - 機械的発声装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置内部に配設された呼気通路に舌体を配設
し、該呼気通路に気体を流通することにより人工的に人
間に近い発声をする機械的発声装置を提供する。 【解決手段】 装置内部に配設された呼気通路７に舌体
１１を配設し、該呼気通路に気体を流通することにより
発声する機械的発声装置において、前記呼気通路の上方
に鼻腔部３Ａ、３ｂを有した鼻部３と、前記呼気通路の
奥側に声帯部５０、出口側に口唇１８、及び歯部１３と
を配設するとともに、前記口唇の開口面積を制御する口
唇制御手段と、前記歯部の開閉を制御する歯部制御手段
と、前記舌体を所定形状に変位させる舌体制御手段と、
前記声帯部の呼気流通開口面積を制御する声帯部開口制
御手段とを備え、少なくとも、前記呼気通路、舌体及び
声帯部を柔軟部材で形成するとともに、前記各制御手段
を剛体部材で形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、装置内部に配設さ
れた呼気通路に舌体を配設し、該呼気通路に気体を流通
することにより発声する機械的発声装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、多数の発振器とそれらを足し
合わせる加算器からなる電子回路によって、電子的に音
声を合成することができるが、これを人間的な声にする
ことは困難である。また、肺部、声帯部、舌部、唇部を
人工的に構成し、人工的に発声する研究が行われている
が、まだ満足するものは完成していない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の事情に鑑み、本
発明は、装置内部に配設された呼気通路に舌体を配設
し、該呼気通路に気体を流通することにより人工的に人
間に近い発声をする機械的発声装置を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、装置内部に配
設された呼気通路に舌体を配設し、該呼気通路に気体を
流通することにより発声する機械的発声装置において、
前記呼気通路の上方に鼻腔部を有した鼻部と、前記呼気
通路の奥側に声帯部、出口側に口唇、及び歯部とを配設
するとともに、前記口唇の開口面積を制御する口唇制御
手段と、前記歯部の開閉を制御する歯部制御手段と、前
記舌体を所定形状に変位させる舌体制御手段と、前記声
帯部の呼気流通開口面積を制御する声帯部開口制御手段
とを備え、少なくとも、前記呼気通路、舌体及び声帯部
を柔軟部材で形成するとともに、前記各制御手段を剛体
部材で形成したことを特徴とする。

【０００５】本発明は、前記口唇、歯部、前記呼気通路
と、前記鼻部と、前記舌体とにより人間に近い口腔内空
所を形成することができる。また、前記呼気通路、舌体
及び声帯部を柔軟部材で形成しているので、共鳴腔によ
る音響特性を得ることができる。

【０００６】また、少なくとも前記口唇制御手段と、前
記歯部制御手段と、前記舌体制御手段とにより共鳴腔を
形成するように構成することも本発明の有効な手段であ
る。

【０００７】かかる技術的手段によると、前記口唇制御
手段により口唇開口面積の調節と、前記歯部制御手段と
前記舌体制御手段との組み合わせにより多くの口腔内形
状が選択でき、よって、多くの共鳴腔を調節設定できる
ので、人間に近い呼気状態を得ることができる。

【０００８】また、前記声帯部の呼気流通開口面積はボ
ールネジによる直動アクチュエータによって制御するよ
うに構成することも本発明の有効な手段である。かかる
技術的手段によると、前記声帯部の呼気流通開口面積の
調節を精度よく行うことができる。

【０００９】また、前記舌体制御手段、前記口唇制御手
段、前記歯部制御手段、及び前記声帯部開口制御手段と
は、動作開始位置である初期位置を検出する初期位置検
出手段を含むように構成することも本発明の有効な手段
である。

【００１０】かかる技術的手段によると、初期位置検出
手段を含む制御手段は、初期位置に復帰した後にその位
置から所定の制御位置に移動することができ、とくに少
しの変化で位置誤差が大きい口唇および歯部、また舌先
位置、呼気通路面積が制御される舌本体位置の制御にお
いても正確な位置制御が可能である。

【００１１】また、前記舌体制御手段を、発声に寄与す
る舌先を含む舌先部分を所定位置で所定形状に形成保持
させる舌先部分制御手段と、前記舌先部分の後端から舌
根部分までの舌本体部分を所定位置に移動する舌本体部
分制御手段とで構成し、前記舌先部分制御手段は、前記
舌先部分を所定位置に移動保持させる舌先部分移動保持
手段と、該所定位置で前記舌先位置を制御する舌先位置
制御手段とで構成するとともに、前記舌本体部分制御手
段は、前記舌本体部分を所定位置に移動保持させる舌本
体部分移動保持手段と、該所定位置で前記舌本体形状を
更に調節する舌本体形状調節手段とで構成し、前記舌先
位置制御手段と、前記舌本体形状調節手段とに前記初期
位置検出手段が含まれるように構成することが望まし
い。

【００１２】かかる技術的手段によると、前記舌先部分
を所定位置に移動保持させる舌先部分移動保持手段と、
前記舌本体部分を所定位置に移動保持させる舌本体部分
移動保持手段とは舌体を、先ず想定される位置に移動保
持するものであるが、その位置で前記舌先位置を制御す
る舌先位置制御手段及び、その位置で前記舌本体形状を
更に調節する舌本体形状調節手段は少しの動きで呼気通
路を形成する舌体表面位置、また、舌先位置が変化する
ので、初期位置検出手段によって初期位置から移動する
ことが望ましい。

【００１３】また、舌根近傍に前記呼気通路と分岐して
前記鼻部に連通する分岐通路を形成するとともに、前記
分岐通路を開閉可能な口蓋帆部を配置し、上下左右から
呼気流通開口面積を調節可能に配設された前記口唇と、
上下の歯部の内一方の歯部のみを開閉可能に配設された
前記歯部とを備えて構成することも本発明の有効な手段
である。

【００１４】かかる技術的手段によると、前記口蓋帆部
により前記分岐通路が連通すると、鼻音を発生すること
ができ、また、前記口唇は上下左右から呼気流通開口面
積を調節可能に配設され、前記歯部は上下の歯部の内一
方の歯部のみを開閉可能に配設されているので、簡単な
構成で人間に近い発声を得ることができる。

【００１５】また、前記舌体をゴム部材で形成するとと
もに、前記舌体制御手段を、発声に寄与する舌先を含む
舌先部分を所定位置で所定形状に形成保持させる舌先部
分制御手段と、前記舌先部分の後端から舌根部分までの
舌本体部分を所定位置に移動する舌本体部分制御手段と
のそれぞれ２つのリンク手段で構成し、これらのリンク
手段により前記ゴム部材を押圧することによって前記舌
体を所定位置に移動するとともに、所定形状に形成保持
するように構成することも本発明の有効な手段である。

【００１６】かかる技術的手段によると、前記舌先部分
制御手段と、前記舌本体部分制御手段とをそれぞれ２つ
のリンク手段で構成しているので、２つのリンク手段を
並列的に操作することが可能であり、迅速に所定位置へ
移動することができる。また、リンク手段により前記ゴ
ム部材を押圧するので、所定形状を正確に形成すること
ができる。

【００１７】また、前記舌体の断面は超低硬度ゴムでス
ライム状物体を挟んで形成した多層ゴム形状を有するよ
うに構成することも本発明の有効な手段である。かかる
技術的手段によると、ＥＰＤＭのみを用いた場合と比べ
て、多層ゴムを用いた場合はフォルマントが現れやすく
なり、また、舌の位置によりフォルマントの位置が大き
く変化し、人間に近い発声を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形
態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発
明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明
例にすぎない。

【００１９】図１は、本発明の実施の形態にかかる機械
的発声装置の概略断面図、図２は、口部を正面から視た
一部断面図、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、唇
部の開閉状態を示す説明図、図５は、舌先部の制御動作
機構を説明する説明図、図６は、舌体部の制御動作機構
を説明する説明図、図７は、舌体部の動作を説明する動
作説明図、図８は、舌先部の動作を説明する動作説明
図、図９は、声帯部の動作を説明する動作説明図、図１
０は、電気回路のブロック構成図である。

【００２０】図１において、機械的に発声するロボット
頭部１は、枠体６内に鼻腔３ａを有する鼻部３と、口部
４から内部に連なる口腔部とで構成され、該口腔部から
は連通部５を介してロボット肺部２が配設されている。

【００２１】鼻部３は図３に示すように鼻腔３ａ、３ｂ
を有し、前記口腔部には、前記連通部から上方に呼気通
路７が延在し、該呼気通路７は、鼻腔３ａ、３ｂへの開
口部３ｃ直前で分岐して分岐通路７ａとなって口部４
に、また、分岐通路７ｃとなって前記鼻腔３ａ、３ｂに
向かっている。

【００２２】前記呼気通路７は、それぞれ呼気流通方向
と交差する方向にＵ字形断面を形成する第１呼気通路形
成体８と、第２呼気通路形成体９と、舌体１１とで構成
される。これらの呼気通路を形成する第１呼気通路形成
体８と、第２呼気通路形成体９は、人間に近い共鳴に近
づけるために、材質：エチレン−プロピレンゴム（ＥＰ
ＤＭ）、ショア硬さ：１Ｈｓ（ＪＩＳ−Ａ）、引張強
さ：６０［ｋｇｆ／ｃｍ２］、伸び：１０９７％、比
重：１．０９６で形成された超低硬度ゴムを、アルミニ
ュームで形成された金属基体１０ｃ及び１０ａの表面に
貼着している。

【００２３】呼気通路の下端には、後述する声帯部５０
を配置する固定枠４８が配設され、該固定枠４８にバネ
２３を介して一端が付勢された舌部１１が、第１呼気通
路形成体８及び第２呼気通路形成体９と対面して配置さ
れ、その舌部１１の他端は口部４側に配置された止め板
１４に固着されている。この舌部１１は、前記性質を有
するゴム部材ＥＰＤＭをスライム状の物体を挟んで形成
した多層ゴムを用いる。よって、該舌体１１の断面は、
ＥＰＤＭ層とスライム状物体層とエＰＤＭ層との多層形
状を呈している。

【００２４】音声波をスペクトル分析し、縦軸に周波
数、横軸に時間をとると、声道の共鳴の結果、音のエネ
ルギがある特定の周波数の領域に集中し、フォルマント
と呼ばれるスペクトルの山が現れる。ＥＰＤＭのみを用
いた場合と前記多層ゴムを用いた場合と比較すると、Ｅ
ＰＤＭのみの場合は舌の位置を変化させてもフォルマン
トが発生しにくいが、前記多層ゴムを用いた場合はフォ
ルマントが現れやすくなり、また、舌の位置によりフォ
ルマントの位置が大きく変化する。これが前記多層ゴム
を用いる理由であるが、舌の形状については、舌先部分
制御機構２１と舌体部分制御機構２２とで舌体形状が制
御されるが、これは後述する。

【００２５】金属基体１０ａの前方表面には上歯１３ａ
が固着され、止め板１４の前方表面側には下歯１３ｂが
金属基体１０ａから延在する図示しない枠体に上下動可
能に配置された第１可動板１５に配設されている。歯部
１３の前方側には金属基体１０ａから延在する図示しな
い枠体に配設した口唇固定板７７が配置され、該口唇固
定体７７の中央部分は開口７７Ａａが開設され、該開口
の表面側の周囲に口唇１８の外周側部分が固着されてい
る。この口唇１８には、後述する第２可動板１６、及び
第３可動板１７が金属基体１０ａから延在する図示しな
い枠体に配設され、口唇１８の動きを制御可能に構成さ
れている。

【００２６】声帯部５０に連通する連通部５を介してロ
ボット肺部２が配設され、該ロボット肺部２は、空気の
流入を行うが排気を阻止する逆止弁２４を一端に配し、
内部にピストン２６を配置したシリンダ２５と、該シリ
ンダを上下動するＤＣサーボモータＭ６と、その位置を
検出するエンコーダＥＣ１４とで構成される。尚、ＤＣ
サーボモータＭ６は、呼気途中で後述する電気制御回路
７０の指令により回転速度を可変して呼気速度を変更す
る機能を有している。また、口蓋帆１２が鼻控部３ａ、
３ｂへの開口３ｃを閉鎖しない位置においては、また、
口部４への呼気通路７が閉鎖されない位置にあって、口
唇及び歯部が開口している状態においては、呼気通路７
に連通する声帯部５０の開口部から空気を吸入可能であ
り、よって、逆止弁２４は必ずしも必要ではないが、こ
の逆止弁２４を設けることによって空気の吸入は容易と
なる。

【００２７】図２は、図１の左方から、すなわち口部を
正面から視た一部断面図である。金属基体１０ａ（図
１）の表面には板材で馬蹄形状に形成された上歯１３ａ
が固着され、金属基体１０ａから延在する図示しない枠
体に配置された止め板１４の前方表面側には板材で馬蹄
形状に形成された下歯１３ｂが上下動可能に配置された
第１可動板１５に配設されている。

【００２８】該第１可動板１５は略Ｔ字状に３本の腕を
有して形成され、中心部分の腕には長孔１５ａが設けら
れ該長孔１５ａには図示しない枠体に設けられた軸２８
ａ、２８ｂが摺動可能に嵌合し、右側部分の腕には下歯
１３ｂが配置され、左側の腕には長孔１５ａと直行する
方向に長孔１５ｂが設けられ、該長孔１５ｂには回転腕
２７の一端に設けられたピン２７ａが摺動可能に嵌合
し、回転腕２７の他端はサーボモータＭ１０の回転軸に
結合し、該サーボモータＭ１０の回転軸はピン２７ａの
反対側において第１可動板１５の初期位置を検知するポ
テンショメータＰＭ８と動作位置を検知するエンコーダ
ＥＣ７が配設されている。第１可動板１５はサーボモー
タＭ１０の回転により下歯１３ｂを上下動可能に構成さ
れている。よって、第１可動板１５、サーボモータＭ１
０、ポテンショメータＰＭ８、エンコーダＥＣ７は歯部
制御手段を構成する。

【００２９】歯部１３の前方側に配設した口唇固定板７
７は中央部分に開口７７Ａａ（図１）が開設され、該開
口の表面側の周囲に口唇１８の外周側部分１８ｃが固着
されている。この口唇１８は、必ずしも伸び率１０９７
％を必要としないが、前記性質を有するＥＰＤＭで、厚
い部分１８ｂと薄い外周側部分１８ｃを有し、厚い部分
１８ｂの中央には、自然状態で１ｍｍ×３０ｍｍの開口
１８ａが生じるように形成され、厚い部分１８ｂの上側
は後述する第３可動板１７の端部１７ｃがインサートさ
れ、厚い部分１８ｂの下側は後述する第２可動板１６の
端部１６ｃがインサートされる。

【００３０】第２可動板１６は略Ｔ字状に３本の腕を有
して形成され、中心部分の腕には長孔１６ａが設けられ
該長孔１６ａには図示しない枠体に設けられた軸２８
ｅ、２８ｆが摺動可能に嵌合し、左側部分の腕の先端部
１６ｃは口唇１８の厚い部分１８ｂの下側にインサート
され、右側の腕には長孔１６ａと直行する方向に長孔１
６ｂが設けられ、該長孔１６ｂには回転腕２７の一端に
設けられたピン２７ａが摺動可能に嵌合し、回転腕２７
の他端はサーボモータＭ１３の回転軸に結合し、該サー
ボモータＭ１３の回転軸はピン２７ａの反対側において
第２可動板１５の初期位置を検知するポテンショメータ
ＰＭ２と動作位置を検知するエンコーダＥＣ１２が配設
されている。よって、第２可動板１６はサーボモータＭ
１３の回転により下唇部分を上下動可能に構成されてい
る。

【００３１】第３可動板１７は３本の腕を有し、中心部
分の腕には長孔１７ａが設けられ該長孔１７ａには図示
しない枠体に設けられた軸２８ｃ、２８ｄが摺動可能に
嵌合し、左側部分の腕の先端部１７ｃは口唇１８の厚い
部分１８ｂの上側にインサートされ、右側の腕には長孔
１７ａと直行する方向に長孔１７ｂが設けられ、該長孔
１７ｂには回転腕２７の一端に設けられたピン２７ａが
摺動可能に嵌合し、回転腕２７の他端はサーボモータＭ
９の回転軸に結合し、該サーボモータＭ９の回転軸はピ
ン２７ａの反対側において第３可動板１７の初期位置を
検知するポテンショメータＰＭ５と動作位置を検知する
エンコーダＥＣ１３が配設されている。よって、第３可
動板１７はサーボモータＭ９の回転により上唇部分を上
下動可能に構成されている。

【００３２】口唇１８の厚い部分１８ｂの開口１８ａの
両端には、それぞれワイヤ取付部３１、３２が設けら
れ、このワイヤ取付部３１、３２に一端が固着されたワ
イヤ２９及び３０の他端はそれぞれサーボモータＭ２及
びＭ３の回転軸Ｍ２ａ及びＭ３ａに固着されている。そ
して、ワイヤとは反対側においてワイヤ取付部３１、３
２の初期位置を検知するポテンショメータＰＭ４、９と
動作位置を検知するエンコーダＥＣ５、８が配設されて
いる。

【００３３】第３可動板１７の初期位置と第２可動板１
６の初期位置は、前記開口１８ａが、図４（ａ）に示す
ように閉鎖しているように組み込み、そのときのポテン
ショメータＰＭ２、及び５の位置、エンコーダＥＣ１２
及び１３の位置を初期位置としてセットする。また、ワ
イヤ取付部３１、３２の初期位置は、前記開口１８ａが
閉鎖した状態で自然状態のときにポテンショメータＰＭ
４、及び９の位置、エンコーダＥＣ５及び８の位置を初
期位置としてセットする。

【００３４】サーボモータＭ５及びＭ１３の回転により
前記開口１８ａの上下方向寸法を伸縮することができ、
また、サーボモータＭ２及びＭ３の回転により前記開口
１８ａの長手方向寸法を伸縮することができ、図４
（ｂ）に示すように開口１８ａの開口面積を調整するこ
とができる。よって、第２可動板１６、サーボモータＭ
１３、ポテンショメータＰＭ２、エンコーダＥＣ１２、
第３可動板１７、サーボモータＭ９、ポテンショメータ
ＰＭ５、エンコーダＥＣ１３、ワイヤ２９及び３０、サ
ーボモータＭ２及びＭ３、ポテンショメータＰＭ４、
９、エンコーダＥＣ５、８が口唇制御手段を構成する。

【００３５】呼気通路７（図１）が鼻腔３ａ、３ｂに連
通する開口部３ｃの直前には、ＥＰＤＭで形成された口
蓋帆１２が、サーボモータＭ７の回転軸Ｍ７ａに固着さ
れ、開口部３ｃの直前の通路７を開閉可能に配置されて
いる。そして、回転軸Ｍ７ａの延設方向に沿って口蓋帆
１２の初期位置を検知するポテンショメータＰＭ１と動
作位置を検知するエンコーダＥＣ１１が配設されてい
る。

【００３６】次に、舌１１の動きを制御する舌先部分制
御機構（舌先部分制御手段）２１及び、舌体部分制御機
構（舌体部分制御手段）２２の構成を説明する。図５に
示す舌先部分の制御機構２１と、図６に示す舌体部分制
御機構２２とで舌体制御手段を構成する。図５におい
て、該制御機構２１はリンク部とカム部と、これらを駆
動するモータ及びベルト体を有する駆動部とで構成され
る。

【００３７】第１リンク体３４と第２リンク体３６は、
連結棒３４ａを介して一体に形成される。第１リンク体
３４の一端３４ａは第４リンク体３８と軸結合し、両者
は回転軸心７８を中心として相対的に回転摺動可能に構
成される。一方、第２リンク体３６の一端３６ａは第３
リンク体３７と軸結合し、両者は回転軸心７９を中心と
して相対的に回転摺動可能に構成される。

【００３８】第１リンク体３４の先端部は左右の脚部を
有する門形状に形成され、左右の脚部内には後述する舌
体１１の下面を受ける受けローラ３３が回転可能に配置
され、その側面には同軸上に後述する回転駆動力を受け
て受けローラ３３を回転させる第１ベルトローラ３９が
配設されている。左右の脚部の外側には、それぞれ第１
ベルトローラ３９と同軸上に取付ローラ３５ａ、３５ｂ
が配設され、該取付ローラ３５ａ、３５ｂの外側面には
舌先カム１９ａ、１９ｂが固着されている。よって、舌
先カム１９ａ及び１９ｂは第１ベルトローラ３９の回転
によって仮想線で示す最大突出１９ａ′及び１９ｂ′を
変位可能に構成されている。

【００３９】第３リンク体３７の一端３７ａは、動作位
置を検知するエンコーダＥＣ２を有したサーボモータＭ
８の回転軸Ｍ８ａに固着され、第４リンク体３８の一端
３８ａは、動作位置を検知するエンコーダＥＣ１を有し
たサーボモータＭ１１の回転軸Ｍ１１ａに固着されてい
る。モータＭ８の回転によって第３リンク体３７が矢印
９０のごとく回転して第１リンク体３４は矢印９１のご
とく動き、また、モータＭ１１の回転によって第４リン
ク体３８が矢印９２のごとく回転して第１リンク体３４
は矢印９３のごとく動く。よって、第１リンク体３４と
第２リンク体３６、受けローラ３３、エンコーダＥＣ
２、サーボモータＭ８、エンコーダＥＣ１、サーボモー
タＭ１１は、舌先部分移動保持手段を構成する。

【００４０】また、動作位置を検知するエンコーダＥＣ
１０を有したサーボモータＭ１４の回転軸Ｍ１４ａに
は、第６ベルトローラ４４が固着されとともに、舌先カ
ム１９ａ、１９ｂの初期位置を知るポテンショメータＰ
Ｍ６が配設されている。そして、第６ベルトローラ４４
の上側には一体に形成された第４及び第５ベルトローラ
４２、４３が配置され、さらに、第１リンク体３４の端
部３４ａに回転軸心７８と同軸芯上を一体で回転する第
３ベルトローラ４１及び第２ベルトローラ４０が配設さ
れている。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、モータＭ
１４の回転によって第３ベルト４７が矢印９４のごとく
回転して第２ベルト４６は矢印９５のごとく動き、ま
た、第１ベルト４５が矢印９６のごとく動き、舌先が制
御される。よって、取付ローラ３５ａ、３５ｂ、舌先カ
ム１９ａ、１９ｂ、第１ベルト４５、第２ベルト４６、
第３ベルト４７、エンコーダＥＣ１０、サーボモータＭ
１４、ポテンショメータＰＭ６は、舌先位置制御手段を
構成する。

【００４１】図６は、舌体部の制御機構２２を説明する
説明図である。同図において、該制御機構２２はリンク
部とカム部と、これらを駆動するモータ及びベルト体を
有する駆動部とで構成される。

【００４２】第１リンク体５４と第２リンク体５６は、
連結棒５４ａを介して一体に形成される。第１リンク体
５４の一端５４ａは第４リンク体５８と軸結合し、両者
は回転軸心７８を中心として相対的に回転摺動可能に構
成される。一方、第２リンク体５６の一端５６ａは第３
リンク体５７と軸結合し、両者は回転軸心７９を中心と
して相対的に回転摺動可能に構成される。

【００４３】第１リンク体５４の先端部は左右の脚部を
有する門形状に形成され、左右の脚部内には後述する舌
体１１の下面を受ける受けローラ５３が回転可能に配置
され、その側面には同軸上に後述する回転駆動力を受け
て受けローラ５３を回転させる第１ベルトローラ５９が
配設されている。左右の脚部の外側には、それぞれ第１
ベルトローラ５９と同軸上に取付ローラ５５ａ、５５ｂ
が配設され、該取付ローラ５５ａ、５５ｂの外側面には
舌体カム２０ａ、２０ｂが固着されている。よって、舌
体カム２０ａ及び２０ｂは第１ベルトローラ５９の回転
によって仮想線で示す最大突出２０ａ′及び２０ｂ′を
変位可能に構成されている。

【００４４】第３リンク体５７の一端５７ａは、動作位
置を検知するエンコーダＥＣ４を有したサーボモータＭ
４の回転軸Ｍ４ａに固着され、第４リンク体５８の一端
５８ａは、動作位置を検知するエンコーダＥＣ３を有し
たサーボモータＭ１の回転軸Ｍ１ａに固着されている。
モータＭ４の回転によって第３リンク体５７が矢印９０
のごとく回転して第１リンク体５４は矢印９１のごとく
動き、また、モータＭ１の回転によって第４リンク体５
８が矢印９２のごとく回転して第１リンク体５４は矢印
９３のごとく動く。よって、第１リンク体５４と第２リ
ンク体５６、受けローラ５３、エンコーダＥＣ４、サー
ボモータＭ４、エンコーダＥＣ３、サーボモータＭ１
は、舌本体部分移動保持手段を構成する。

【００４５】また、動作位置を検知するエンコーダＥＣ
９を有したサーボモータＭ１２の回転軸Ｍ１２ａには、
第６ベルトローラ６４が固着されとともに、舌体カム２
０ａ、２０ｂの初期位置を知るポテンショメータＰＭ７
が配設されている。そして、第６ベルトローラ６４の上
側には一体に形成された第４及び第５ベルトローラ６
２、６３が配置され、さらに、第１リンク体５４の端部
５４ａに回転軸心７８と同軸芯上を一体で回転する第３
ベルトローラ６１及び第２ベルトローラ６０が配設され
ている。図７に示すように、モータＭ１２の回転によっ
て第３ベルト６７が矢印９４のごとく回転して第２ベル
ト６６は矢印９５のごとく動き、また、第１ベルト６５
が矢印９６のごとく動き、舌体が制御される。よって、
取付ローラ５５ａ、５５ｂ、舌体カム２０ａ及び２０
ｂ、第１ベルト６５、第２ベルト６６、第３ベルト６
７、エンコーダＥＣ９、サーボモータＭ１２、ポテンシ
ョメータＰＭ７は、舌本体形成調節手段を構成する。

【００４６】図９は、声帯部５０の動作を説明する動作
説明図である。声帯部５０は、内部に空洞５０ｃを有
し、前記性質を有するＥＰＤＭで形成され、上部一端は
固定枠４８に図示しない方法で取付られた取付板４９に
ビスにて固着される。（ａ）に示すように、自然状態で
は声帯部５０の上面５０ｂには下方から空気が通過可能
な開口部５０ａが開設されている。声帯部５０の上部他
端はボール雌ネジ形成部６９に固着された押さえ板５１
に固着されている。押さえ板５１の一端にはピン５１ａ
が植設され、該ピン５１ａはボール雌ネジ形成部６９の
初期位置を知らせるポテンショメータＰＭ３に連結し、
直動アクチュエータを構成している。

【００４７】ボール雌ネジ形成部６９は下方側を固定枠
４８の長溝４８ａに軸部６９ａを介して左右に摺動可能
に構成する。ボール雌ネジ形成部６９の中央部分に設け
た雌ネジ部には、ボール雄ネジ形成部６８の雄ネジ部が
両ネジ部間に金属ボールを介在させて螺合し、ボールネ
ジ結合している。そして、ボール雄ネジ形成部６８は、
サーボモータＭ５の回転軸７０に形成され、該回転軸７
０はボール雌ネジ形成部６９の動作位置を知るエンコー
ダＥＣ６に連結している。よって、ボール雌ネジ形成部
６９、押さえ板５１、ポテンショメータＰＭ３、ボール
雄ネジ形成部６８、サーボモータＭ５、エンコーダＥＣ
６は、声帯部開口制御手段を構成している。

【００４８】声帯部５０は、かかる構成によって、サー
ボモータＭ５が回転するとボール雌ネジ形成部６９が左
行して押さえ板５１が声帯部５０を押圧し、開口部５０
ａは仮想線５０ａ′に示すように開口面積が増大する。
また、サーボモータＭ５が逆回転することで押さえ板５
１が右行し、開口部５０ａの開口面積が減少する。

【００４９】上述したように、ポテンショメータを有
し、初期位置に復帰して後に所定音声の位置に移動する
部材は、口蓋帆１２、口唇１８（上下左右）、声帯部５
０、歯部１３、舌先カム１９、舌体カム２０の９部材で
あって、比較的移動量の少ないものである。これは、移
動距離もしくは移動回転角が少なく、所定音声終了毎に
初期位置に復帰した後に移動しても時間的ロスとはなら
ず、むしろ初期位置から移動することにより所定位置へ
の移動が正確に制御される。

【００５０】そして、ポテンショメータを有さないサー
ボモータは、肺部のピストン２６を駆動するモータＭ６
であり、これは人間と同じように１音声を発しても呼気
する空気量がまだシリンダ２５内にある場合は、シリン
ダ２５内に吸引しない。また、舌先リンク及び舌体リン
クはそれぞれ２つのリンク体の移動量の合成で位置制御
されるものであり、それらをそれぞれ初期位置に復帰さ
せた後に所定距離移動させるのでは余分な動きが介在し
応答性に問題がある。

【００５１】図１０は、電気回路のブロック構成図であ
る。ＣＰＵとインターフェースを有した電気制御回路７
０は、移動部材の初期位置信号を初期位置検出手段７１
から受け、また移動部材の動作位置信号を移動部材位置
検出手段７２から受け、ＲＯＭ７３に記憶されているプ
ログラムに従ってサーボモータを駆動するモータ駆動手
段７６制御するように構成されている。

【００５２】次に、本実施の形態の動作を説明する。本
実施の形態は上述のように構成しているので、 （１）肺部モータエンコーダの指示にしたがってサーボ
モータＭ６によって、シリンダ２５内のピストン２６を
最下点に移動する。その際に、シリンダ２５内が負圧と
なり逆止弁２４から空気がシリンダ２５内に流入する。

【００５３】（２）舌先カム１９、舌体カム２０が、そ
れぞれの最大偏芯量を有する先端が舌体から離間して初
期位置に復帰しているかどうかを初期位置検出手段７１
によってチェックし、これらが初期位置に復帰していな
いとモータ駆動手段７６によって初期位置に復帰させ
る。これらの（１）及び（２）の工程は並列的に行う。

【００５４】（３）次に、舌先リンク右エンコーダＥＣ
１及び舌先リンク左エンコーダＥＣ２の指示にしたがっ
て、舌先リンクを構成する第１リンク体３４が歯部１３
との距離が最短となる位置、すなわち第１リンク体３４
の調節動作域Ｐ１〜Ｐ２（図１）のＰ１点と受けローラ
３３（図５）が接触する位置に、第１リンク体３４をセ
ットする。この最短となる位置とは、その位置でカム１
９の最大偏芯量となるカム先端部を歯部１３側に向くよ
うにカム１９を回転させると舌先が上歯と下歯とによっ
て挟まれる位置である。

【００５５】（４）舌体リンク右エンコーダＥＣ３及び
舌体リンク左エンコーダＥＣ４の指示にしたがって、舌
体リンクを構成する第１リンク体５４が、第１リンク体
５４の調節動作域Ｐ３〜舌根点Ｐ５（図１）の中間点Ｐ
４点と受けローラ５３（図６）が接触する位置に、第１
リンク体５４をセットする。これらの（３）及び（４）
の工程は並列的に行う。

【００５６】（５）口蓋帆１２、口唇１８（上下左
右）、声帯部５０、歯部１３の部材が初期位置に復帰し
ているかどうかを初期位置検出手段７１によってチェッ
クする。これらの部材が初期位置に復帰していないとモ
ータ駆動手段７６によって初期位置に復帰させる。すな
わち、口蓋帆１２が鼻控部３ａ、３ｂへの通路を遮断し
た位置に、口唇１８が閉じた状態に、声帯部５０が最小
開口面積に、歯部１３が閉じた状態の位置に、それぞれ
セットされる。

【００５７】発声段階においては、 （６）舌先リンク機構と舌体リンク機構が発声音に対応
する位置、すなわち、リンク体の動作領域Ｐ１〜Ｐ５の
どこかに移動する。 （７）カム１９及び２０が初期位置から所定位置に回動
する。 （８）口蓋帆１２が所定位置に回動する。 （９）口唇１８が所定形状に形成される。これらの
（７）、（８）及び（９）の工程は並列的に行う。

【００５８】（１０）サーボモータＭ６が作動してピス
トン２６がシリンダ２５内の空気を排気することによっ
て発声される。 （１１）第１音発声後は、ピストン２６が動作中に、上
記（６）、（７）、（８）、（９）が必要に応じて個別
もしくは並列的に行われる。

【００５９】（１２）所定音数の発声が終了すると、サ
ーボモータＭ６が停止て呼気が停止する。その後は、 （１３）肺部モータエンコーダの指示にしたがってサー
ボモータＭ６によって、シリンダ２５内のピストン２６
を最下点に移動して、シリンダ２５内に空気を収納す
る。 （１４）舌先カム１９、舌体カム２０が、それぞれの最
大偏芯量を有する先端が舌体から離間して初期位置に復
帰する。

【００６０】（１５）舌先リンク機構の第１リンク体３
４の位置、及び舌体リンク機構の第１リンク体５４の位
置がＲＡＭ７４に記憶され、口蓋帆１２、口唇１８（上
下左右）、声帯部５０、歯部１３の部材が初期位置に復
帰する。次の発声段階においては、前記工程（７）の段
階に戻り、工程（１５）までの段階が繰り替えされる。

【００６１】

【発明の効果】上述のように、本発明は、口部と、呼気
通路と、鼻部と、舌体とにより人間に近い口腔内空所を
形成することができる。また、前記呼気通路、舌体及び
声帯部を柔軟部材で形成しているので、人間に近い共鳴
腔による音響特性を得ることができる。よって、本発明
にかかる機械的発声装置により、口唇部、歯部、舌体部
等の位置及び形状を視認可能な視覚データとして把握す
ることが可能であり、また、それらのデータから１音毎
の口唇部、歯部、舌体部等の位置及び形状を触接可能な
模型を作成可能であり、視覚データまたは触接可能な模
型として発話訓練に多大に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態にかかる機械的発声装置
の概略断面図である。

【図２】 口部を正面から視た一部断面図である。

【図３】 図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】 唇部の開閉状態を示す説明図である。

【図５】 舌先部の制御動作機構を説明する説明図であ
る。

【図６】 舌体部の制御動作機構を説明する説明図であ
る。

【図７】 舌体部の動作を説明する動作説明図である。

【図８】 舌先部の動作を説明する動作説明図である。

【図９】 声帯部の動作を説明する動作説明図である。

【図１０】 電気回路のブロック構成図である。

【符号の説明】

２ ロボット肺部（肺部） ３ 鼻部 ４ 口部 ５ 連通部 ７ 呼気通路 １１ 舌体 １３ 歯部 １８ 口唇 ５０ 声帯部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 宏樹 東京都板橋区加賀２−21−１−508 (72)発明者 高信 英明 東京都三鷹市上連雀８丁目１番25−23号 Ｆターム(参考） 9A001 BB04 HH18 HH34 KK32 KK46

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置内部に配設された呼気通路に舌体を
   配設し、該呼気通路に気体を流通することにより発声す
   る機械的発声装置において、 前記呼気通路の上方に鼻腔部を有した鼻部と、前記呼気
   通路の奥側に声帯部、出口側に口唇、及び歯部とを配設
   するとともに、 前記口唇の開口面積を制御する口唇制御手段と、 前記歯部の開閉を制御する歯部制御手段と、 前記舌体を所定形状に変位させる舌体制御手段と、 前記声帯部の呼気流通開口面積を制御する声帯部開口制
   御手段とを備え、 少なくとも、前記呼気通路、舌体及び声帯部を柔軟部材
   で形成するとともに、前記各制御手段を剛体部材で形成
   したことを特徴とする機械的発声装置。
2. 【請求項２】 少なくとも、前記口唇制御手段と、前記
   歯部制御手段と、前記舌体制御手段とにより共鳴腔を形
   成することを特徴とする請求項１記載の機械的発声装
   置。
3. 【請求項３】 前記声帯部の呼気流通開口面積はボール
   ネジによる直動アクチュエータによって制御することを
   特徴とする請求項１記載の機械的発声装置。
4. 【請求項４】 前記舌体制御手段、前記口唇制御手段、
   前記歯部制御手段、及び前記声帯部開口制御手段とは、
   動作開始位置である初期位置を検出する初期位置検出手
   段を含むことを特徴とする請求項１記載の機械的発声装
   置。
5. 【請求項５】 前記舌体制御手段を、発声に寄与する舌
   先を含む舌先部分を所定位置で所定形状に形成保持させ
   る舌先部分制御手段と、前記舌先部分の後端から舌根部
   分までの舌本体部分を所定位置に移動する舌本体部分制
   御手段とで構成し、 前記舌先部分制御手段は、前記舌先部分を所定位置に移
   動保持させる舌先部分移動保持手段と、該所定位置で前
   記舌先位置を制御する舌先位置制御手段とで構成すると
   ともに、 前記舌本体部分制御手段は、前記舌本体部分を所定位置
   に移動保持させる舌本体部分移動保持手段と、該所定位
   置で前記舌本体形状を更に調節する舌本体形状調節手段
   とで構成し、 前記舌先位置制御手段と、前記舌本体形状調節手段とに
   前記初期位置検出手段が含まれることを特徴とする請求
   項４記載の機械的発声装置。
6. 【請求項６】 舌根近傍に前記呼気通路と分岐して前記
   鼻部に連通する分岐通路を形成するとともに、前記分岐
   通路を開閉可能な口蓋帆部を配置し、 上下左右から呼気流通開口面積を調節可能に配設された
   前記口唇と、 上下の歯部の内一方の歯部のみを開閉可能に配設された
   前記歯部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の機
   械的発声装置。
7. 【請求項７】 前記舌体をゴム部材で形成するととも
   に、前記舌体制御手段を、発声に寄与する舌先を含む舌
   先部分を所定位置で所定形状に形成保持させる舌先部分
   制御手段と、前記舌先部分の後端から舌根部分までの舌
   本体部分を所定位置に移動する舌本体部分制御手段とを
   それぞれ２つのリンク手段で構成し、 これらのリンク手段により前記ゴム部材を押圧すること
   によって前記舌体を所定位置に移動するとともに、所定
   形状に形成保持することを特徴とする請求項１記載の機
   械的発声装置。
8. 【請求項８】 前記舌体の断面は超低硬度ゴムでスライ
   ム状物体を挟んで形成した多層ゴム形状を有することを
   特徴とする請求項１、または７記載の機械的発声装置。