JP4897566B2 - 動作玩具 - Google Patents

Description

本発明は、動作玩具に関し、詳しくは、ホイッスルの音に反応して動作する動作玩具に係わるものである。

従来、外部発音手段によって動作体を駆動制御する動作玩具が知られている。
例えば、笛などの外部発音手段から発せられる音を動作体側のマイクロフォンでピックアップし、そのマイクロフォンから出力される電気信号の振幅の大きさを判別し、その判別結果に基づいて制御信号を生成し、その制御信号によって動作体の動作制御を行うように構成した動作玩具がある。

また、他の動作玩具として次のようなものが知られている。この動作玩具は走行玩具であって、この走行玩具は、特定周波数帯の発音を行う外部発音手段を設け、走行体には、外部音をピックアップして電気信号に変換するマイクロフォンと、変換された電気信号中に含まれる特定周波数帯の信号だけを透過するフィルタ回路と、フィルタ回路を透過した電気信号の入力により出力手段の駆動制御を行う集積回路と、集積回路からの制御信号によって動作体の動作制御を行うように構成されている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−４６７５２号公報

前者の動作玩具では、発音体から出力した音をマイクロフォンで検出しようとする際、外来雑音や本体自身の動作に伴う音声出力や機械的な振動音により、それらの雑音と正規の外部音（以下「正規外部音」と言う。）との判別がつかないため検出が不能となり、また誤動作を起こす原因となっていた。
一方、後者の走行玩具にあっては、雑音と正規外部音との判別を行うためのフィルタ回路を必要とする分だけ、回路構成が複雑となって、動作玩具の価格が高価となるという問題がある。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、回路構成が簡素で、かつ、誤動作の少ない動作玩具を提供することを目的としている。

第１の手段に係る動作玩具は、特定周波数帯の発音を行う外部発音手段と、前記外部発音手段によって動作制御される動作体とを備え、前記動作体には、前記外部発音手段の音に対して共鳴する共鳴器と、前記共鳴器に付設され且つ外部音をピックアップしアナログ信号に変換して出力するマイクロフォンと、前記マイクロフォンから出力された前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの前記デジタル信号が前記外部発音手段の信号か否かを判定し且つ該デジタル信号が該外部発音手段の信号である場合に前記動作体の動作を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記外部発音手段の音に対応する周波数の倍の周波数に対応する周期でデジタル信号をサンプリングしたときのロジックによって前記デジタル信号が前記外部発音手段の信号か否かを判定するように構成されていることを特徴とする。

第２の手段に係る動作玩具は、第１の手段に係る動作玩具において、前記共鳴器はヘルムホルツ共鳴器であることを特徴とする。

第３の手段に係る動作玩具は、第１又は２の手段に係る動作玩具において、前記共鳴器は共鳴胴の長さを変更できるように構成されていることを特徴とする。

第４の手段に係る動作玩具は、第１から３のいずれか一の手段に係る動作玩具において、前記外部発音手段はホイッスルであることを特徴とする。

第５の手段に係る動作玩具は、第１から４のいずれか一の手段に係る動作玩具において、前記コントローラは、前記外部発音手段の発音の長さ又は回数に応じて前記動作体の動作態様を変更させることを特徴とする。

第１及び２の手段に係る動作玩具によれば、正規外部音については共鳴器によって共振が生じる一方、雑音の場合には共鳴器によって共振が生じないので、正規外部音と雑音との判別が容易となる。また、正規外部音について共振させるのに共鳴器を使用し電気的回路を必要としないので、その分、回路構成が簡素化され、動作玩具の価格の低廉化を図ることができる。
また、デジタル信号が正規外部音に対応する信号か否かを判定する際に、デジタル信号の周波数の倍の周波数でデジタル信号をサンプリングすることとしているので、より正確な判定を行うことができる。

第３の手段に係る動作玩具によれば、共鳴器の共鳴胴の長さを変更できるので、互いに異なる特定周波数帯の発音を行う複数の外部発音手段を使用すれば、複数の動作体に互いに異なる動作をさせることが可能となる。

第４の手段に係る動作玩具によれば、外部発音手段として、比較的に安価なホイッスルを使用するので、動作玩具自体の価格のさらなる低廉化が可能となる。

第５の手段に係る動作玩具によれば、外部発音手段の発音の長さ又は回数に応じて動作体の動作態様を変更させるように構成されているので、１つの外部発音手段によって、変化に富んだ色々な動作制御を行うことができる。

以下に、本発明に係る動作玩具を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る動作玩具の一例である軌道走行玩具の斜視図を示している。この軌道走行玩具１００は、特定周波数帯の発音をするホイッスル（外部発音手段）１０の音によって、走行体（動作体）の走行及び停止を行うように構成されている。この軌道走行玩具１００の走行体は、３つの車両２０、２１、２２の隣接する車両同士をそれぞれ連結器２３を介して連結した構造となっている。なお、同図においてＳＷは電源スイッチである。

３つの車両２０、２１、２２の中で、１両目の車両２０には、電池２０ａと、この電池２０ａを電源とするモータ２０ｂ等（図２参照）とが設置されている。後者のモータ２０ｂは、１両目の車輪２０ｃを駆動するための駆動機構と一体となって駆動ユニットを構成している。
２両目の車両２１には、マイクロフォン３０ａ（図３参照）と、スピーカ３０ｂ（図３参照）と、上記電池２０ａを電源としスピーカ３０ｂや上記モータ２０ｂの動作制御を行うための回路を構成する回路部品が付設された回路基板３０ｃとが設置されている。また、２両目の車両２１の上壁には集音用の孔３０ｄが形成されている。ここで、車両２１の内部には上記集音用の孔３０ｄの直下には、上記マイクロフォン３０ａが、図３に示すように、共鳴器６０に付設された状態で設置されている。この場合の共鳴器としては、特に限定はされないが、ヘルムホルツ共鳴器が使用される。
なお、３つの車両２０、２１、２２の中で、１両目の車両２０の回路構成部品と２両目の車両２１の回路構成部品とは電気的に接続されている。

図３には、軌道走行玩具１００の回路構成を示す図が示されている。この図に従って本実施形態の回路構成を説明すれば、次の通りである。
すなわち、軌道走行玩具１００には、マイクロフォン３０ａ、マイクアンプ７０、コンパレータ７１、コントローラ７２、Ｄ／Ａコンバータ７３、アンプ７４、スピーカ３０ｂ、Ｄ／Ａコンバータ７５、モータ駆動回路７６及びモータ２０ｂが設置されている。

このうち、マイクロフォン３０ａは、外部音をピックアップしアナログ電気信号に変換してマイクアンプ７０に出力するもので、特に制限はされないが、ここではコンデンサ形のマイクロフォンが使用されている。
マイクアンプ７０は、マイクロフォン３０ａからのアナログ電気信号を増幅してコンパレータ７１に出力するものである。このマイクアンプ７０は、マイクロフォンとしてコンデンサ形のマイクロフォンを使用する場合に必要となるもので、マイクロフォンとしてダイナミック形のマイクロフォンを使用する場合には、マイクロフォン自体で電気信号が増幅されるので不要である。なお、図４（Ａ）には、正規外部音の場合のマイクアンプ出力（アナログ電気信号）の波形が示されている。ただし、同図の波形は実際の波形ではなく、実際の波形を模式化したものである点に留意する必要がある。
コンパレータ７１は、マイクアンプ７０で増幅されたアナログ電気信号が基準電圧に対して高いか低いかを比較し，その結果のデジタル電気信号を音声合成コントローラ７２に出力するもので、1ビットのＡ／Ｄ変換手段として機能する。なお、図４（Ｂ）には、正規外部音の場合のコンパレータ出力（ディジタル電気信号）の波形が示されている。ただし、同図の波形は実際の波形ではなく、実際の波形を模式化したものである点に留意する必要がある。
コントローラ７２は、コンパレータ７１からのデジタル電気信号が正規外部音に基づくデジタル電気信号か否かを判別し、それが正規外部音に基づく正規外部音データである場合には、内蔵されたＲＯＭに記憶されたデータ等に基づいて生成した制御信号をＤ／Ａコンバータ７３やモータ駆動回路７５に出力するものである。この場合、コントローラ７２を音声合成コントローラとすれば、音声合成コントローラはＤ／Ａ変換手段を備えるので、コントローラの後段のＤ／Ａ変換手段を省略できるので、回路の構成が簡素となるという利点を有する。なお、このコントローラ７２によって行われる、正規外部音に基づくデジタル電気信号か否かの判別方法の詳細は後述する。
Ｄ／Ａコンバータ７３は、コントローラ７２からの音声信号（デジタル電気信号）をアナログ電気信号に変換してアンプ７４に出力する。
アンプ７４は、Ｄ／Ａコンバータ７３からのアナログ電気信号を増幅してスピーカ３０ｂに出力するものである。
Ｄ／Ａコンバータ７５は、コントローラ７２からの音声信号（デジタル電気信号）をアナログ電気信号に変換してモータ駆動回路７６に出力するものである。
モータ駆動回路７６はモータ２０ｂを駆動するものである。

ここで、コントローラ７２で行われる判別方法を説明すれば、コントローラ７２は、図４（Ｃ）に示すように、ホイッスル１０の音の特定周波数（特定周波数帯の中の１つ）の２倍の周波数に対応する周期でデジタル信号をサンプリングしたときのロジックによって前記デジタル信号が、コンパレータ出力がホイッスル１０の信号か否かを判別する。
具体的には、コントローラ７２は検出プログラムによって、ホイッスル１０の特定周波数の２倍のサンプリング周波数ｆに対応する周期ｔ＝１／２ｆでコンパレータ出力を捕捉しその極性を常時検出する。このとき、もしホイッスル１０から発せられた音をマイクロフォン３０ａが捉えていれば、コンパレータ出力は周期ｔ毎（サンプリングタイミング毎）に連続的に極性が反転するため、コントローラ７２では捕捉毎に極性が反転するロジックが連続して検出されることとなり、ホイッスル１０の音の到来を検知することができる。
なお、実際には、ホイッスル１０の周波数とサンプリング周期との関係を完全には一致させることはできないし、また、ノイズによってロジックが乱れることも想定されるが、検出プログラム上のアルゴリズムで適度な冗長性を持たせれば、外来ノイズで誤作動することなくホイッスル１０からの音を検出することが可能となる。この場合の冗長性を持たせる方法の一例としては、所定時間内におけるサンプリングデータを基準データ（周波数が完全に一定の理想的なホイッスルを考慮した場合のデータ）と比較し、その合致割合が所定割合以上であれば、ホイッスル１０の音であると判定する方法が考えられる。

続いて、動作玩具１００の作用を説明する。
マイクロフォン３０ａによって外部音がピックアップされると、マイクロフォン３０ａの出力（アナログ信号）がマイクアンプ７０に出力される。このマイクアンプ７０ではそのアナログ信号が増幅されてコンパレータ７１に出力される。そして、そのアナログ信号がコンパレータ７１によって２値のディジタル信号に変換されてコントローラ７２に出力される。コントローラ７２は、そのディジタル信号がホイッスル１０の音の信号か否かを判定し、ホイッスル１０の音の信号である場合、音声用の制御信号をＤ／Ａコンバータ７３及びアンプ７４を介してスピーカ３０ｂに出力する。これによって、スピーカ３０ｂの発音が動作制御され、スピーカ３０ｂから所定の音声が出力される。この場合の音声としては走行音及びブレーキ音が考えられる。一方で、コントローラ７２は、ディジタル信号がホイッスル１０の音の信号である場合、モータ駆動用の制御信号をＤ／Ａコンバータ７５及びモータ駆動回路７６を介してモータ２０ｂに出力する。これによってモータ２０ｂの回転が動作制御され、軌道走行玩具１００が走行又は停止する。

次に、上記軌道走行玩具１００の変形例の要部だけを説明する。その他の部分の構成は上記軌道走行玩具１００とほぼ同様なのでその部分の図示と説明は省略する。
この軌道走行玩具においては、上記マイクロフォン３０ａが付設される共鳴器６０は、図５に示すように、共鳴胴６０ａの長さが複数段に可変となるように構成されている。この場合、使用されるホイッスルの共鳴胴の長さも、共鳴胴６０ａの長さ変化に対応させて、複数段に可変となるように構成してもよい。勿論、両共鳴胴は無段に可変となるように構成してもよいが、その場合には、その調整が難くなる。

このような構成とすれば、１つのホイッスルによって、複数の走行体の動作態様を変化させることが可能となる。

なお、この場合、共鳴器６０は、取扱上、走行体の本体から突出するものであることが好ましい。例えば、軌道走行玩具が機関車玩具の場合、煙突部分に共鳴器６０を組み込み、煙突の長さを変化できるように構成し、煙突の長さを変えたときに同時に共鳴器６０の共鳴胴６０ａの長さが変化するように構成することが好ましい。
また、勿論、ホイッスルの共鳴胴は変更できなくても良い。このときには、互いに特定周波数帯が異なる複数のホイッスルを用意してもよい。
さらに、共鳴胴の長さを変化させる代わりに、径の異なる集音用の孔が形成された孔部材を用意しておき、それを車両の上壁に対して着脱自在としておき、所望の孔部材を選択することで共鳴器の集音用の孔の面積を変えることによって、共振周波数を変更できるように構成しても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、走行体が停止している状態で、ホイッスルが鳴ると走行体が走行し、走行体の走行時に、ホイッスルが鳴ると走行体が停止する場合を説明したが、走行体の走行態様（停止状態も含む）を３段階以上で切り替えられるようにし、ホイッスルが鳴る毎に走行態様（例えば速度）を変化させるようにしても良い。さらには、ホイッスルが鳴る毎に、走行態様と、車内灯の点灯などの他の態様との間で動作態様を切り替えられるように構成しても良い。

また、ホイッスルの鳴っている間の時間を検出し、その時間に応じて動作態様を変更させるようにしても良い。

さらに、上記実施形態では、ホイッスルを例にして説明したが、外部発音手段は特定周波数帯の発音をできるものであれば、音叉やピアノその他の外部発音手段を使用するができる。

また、上記実施形態では、軌道走行玩具を例にして説明したが、動作玩具一般に適用できる。

本発明に係る動作玩具の一例である軌道走行玩具を概念的に示した斜視図である。 軌道走行玩具の一部を示す図である。 軌道走行玩具の回路構成を示す図である。 軌道走行玩具の出力波形やサンプリングの仕方を示す図である。 本発明に係る動作玩具の他例の要部を示す図である。

符号の説明

１００ 軌道走行玩具
２０ｂ モータ
３０ａ マイクロフォン
７０ マイクアンプ
７１ コンパレータ
７２ コントローラ
７３，７５ Ｄ／Ａコンバータ
７４ アンプ
７６ モータ駆動回路

Claims (5)

1. 特定周波数帯の発音を行う外部発音手段と、前記外部発音手段によって動作制御される動作体とを備え、前記動作体には、前記外部発音手段の音に対して共鳴する共鳴器と、前記共鳴器に付設され且つ外部音をピックアップしアナログ信号に変換して出力するマイクロフォンと、前記マイクロフォンから出力された前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段からの前記デジタル信号が前記外部発音手段の信号か否かを判定し且つ該デジタル信号が該外部発音手段の信号である場合に前記動作体の動作を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記外部発音手段の音に対応する周波数の倍の周波数に対応する周期でデジタル信号をサンプリングしたときのロジックによって前記デジタル信号が前記外部発音手段の信号か否かを判定するように構成されていることを特徴とする動作玩具。
2. 前記共鳴器はヘルムホルツ共鳴器であることを特徴とする請求項１に記載の動作玩具。
3. 前記共鳴器は共鳴胴の長さを変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の動作玩具。
4. 前記外部発音手段はホイッスルであることを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載の動作玩具。
5. 前記コントローラは、前記外部発音手段の発音の長さ又は回数に応じて前記動作体の動作態様を変更させることを特徴とする請求項１から４いずれか一項に記載の動作玩具。

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