JPS63132634A - 角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば、人間が腕を回したときの、その腕
の回転角速度を検出する角速度検出装置に関する。

「従来の技術Ｊ 従来、人１ｉ１Ｔの腕等の回転角速度を検出することは
、あまり必要とされず、したがって、腕の回転角速度を
検出する装置も特に存在しなかった。

「発明が解決しようとする問題点Ｊ ところで、近年、ボディアクションを楽音に変換しよう
とする試みがなされ、このために腕等の回転角速度を検
出する角速度検出装置の開発が要望された。。

そこで、□この発明は、人間の腕等の回転角速度を検出
することができる角速度検出装置を提供する二上を目的
としている。

「問題点を解決するための手段」 第１の発明は、人体の特定の関節から離間した２部位間
の距離を測定する測定手段と、前記測定手段によって得
られた測定データをｉｑ記特定の関節を中心とする前記
２部位の相対的な回転角度に対応するデータに変換する
変換手段と、前記変換手段から出力されるデータの変化
を検出する変化検出手段とを具備することを特徴として
いる。

第２の発明は、人体の関節部に装着され、該関節部の回
転角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段の
検出結果の変化を検出する変化検出手段とを具備するこ
とを特徴としている。

「作用」 第１の発明によれば、測定手段によって、人体の特定の
関節からＭ間した２部位間の距離に対応した測定データ
が得られ、この測定データが、変換手段によって、特定
の関節を中心とする前記２部位の相対的な回転角度に対
応するデータに変換され、この変換手段から出力される
データの変化が変化検出手段で検出されることにより、
特定の関節を中心とする前記２部位の相対的な回転角速
度が得られる。

また、第２の発明によれば、角度検出手段によって人体
の関節部の回転角度が直接検出され、さらに、この角度
検出手段の検出結寒の変化が変化検出手段によって検出
されることにより、人体の関節部の回転角速度が得られ
る。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第、１図はこの発明の第１の実施例による角速度検出装
置を楽音発生装置に適用した場合の回路構成を示すブロ
ック図、第２図は同実施例を演奏者に装゛着した場合の
外観構成を示す図である。

第１図において、１は楽音発生装置本体、２ａ。

２ｂは超音波送波器、３ａ、３ｂは超音波受波器であり
、これら楽音発生装置本体１および受波器３ａ。

３ｂは、第２図に示すようにベルト４によって演奏者の
腰に装着され、また送波器２　ａ、　２　ｂはザボータ
状の装丹具５によって右前腕および左前腕の所定個所の
内腕側に各々装着される。これら送波′ａ２ａ、２ｂお
よび受波器３ａ、３ｂは、例えばチタン酸バリウム振動
子等の圧電素子によって構成されており、送波器２　ａ
、　２　ｂは、高周波電圧が印加された場合に超音波を
発生し、受波器３ａ、３ｂは、超音波を受けた場合に高
周波電圧を発生する。この場合、各送波器２ａ、２ｂは
、１８０度の方向へ超音波を放射し得るように、２〜３
個の送波用圧電素子を放射状に配置して構成されており
、また、各受波器３　ａ、　３　ｂは、１８０度の方向
からの超音波を検出し得るように、２〜３個の受波用圧
電素子を放射状に配置してＩΔ成されており、これによ
り、受波器３ａ、３ｂに対する送波器２　ａ、　２　ｂ
の位置が変化した場合に、これらの相対位置関係に拘わ
らず、送波器２　ａ、　２　ｂから発せられた超音波が
常に受波器３ａ、３ｂに到達するようになっている。

次に、楽音発生装置本体１について説明する。

第１図において、１０はスタートパルス発生器であり、
一定周期のスタートパルスＳＰを発生し、このスタート
パルスＳＰを超音波パルス発生器ｌ！の入力端、および
Ｓ／Ｒ（セット／リセット）フリップフａ−ｔプ１２ａ
、１２ｂの各セット入力端子Ｓへ各々供給する。超音波
パルス発生器１１はスタートパルスＳＰによってトリガ
され、超音波パルスＵＰを送波器２ａおよび２ｂへ各々
供給し、これにより、送波器２ａおよび２ｂから超音波
が一定周期で発せられる。そして、送波器２ａおよび２
ｂから各々発せられた超音波が受波器３ａおよび３ｂに
達すると、受波器３ａおよび３ｂは各々高周波電圧を発
生ずる。

前記受波器３ａから出力された高周波電圧は増幅器１３
ａへ供給されて増幅され、増幅された信号Ｓａはダイオ
ード１４ａで整流された後、Ｓ／ｎフリップフロップ１
２ａのリセット入力端子Ｒへ供給される。Ｓ／ＩＮフリ
ップフロップ１２ａは、スタートパルスＳＰによってセ
ットされ、ダイオード１４ａの出力によってリセットさ
れる。すなわち、このＳ／ｎフリップフロップ１２ａの
Ｑ出力信号Ｓａ、のパルス幅は、送波器２ａと受波器３
ａの間の距離Ｒに対応している。そして、このＱ出力信
号Ｓａ＋がアンドゲート１５ａの一方の入力端にＵ（給
される。アンドゲート１５ａは、上記信号Ｓａ、が供給
されている期間、開状態となり、クロックパルスφをカ
ウンタ１６ａのクロック入力端子ＣＫへ供給する。カウ
ンタ１６ａは、該クロックパルスφをアップカウントし
、そのカウント値を距離測定データＬＲとして出力する
。ずなわち、このカウンタ１６ａから出力される距離測
定データＬＲは、送波器２ａと受波器３ａの間の距離Ｒ
に対応している。

一方、受波器３ｂから出力された高周波電圧は増幅器１
３ｂへ供給されて増幅され、増幅された信号ｓｂはダイ
オード１４ｂで整流された後、Ｓ／　Ｉ？フリップフロ
ップ１２ｂのリセット入力端子Ｒへ供給される。Ｓ／ｎ
フリップフロップ１２ｂは、スタートパルスＳＰによっ
てセットされ、ダイオード１４ｂの出力によってリセッ
トされる。

すなわち、このＳ／ｒｌフリップフロップ１２ｂのＱ出
力信号Ｓｂ、のパルス幅は、送波器２ｂと受波器３ｂの
間の距離りに対応している。そして、このＱ出力信号Ｓ
ｂＩがアンドゲート１５ｂの一方の入力端に供給される
。アンドゲート１５ｂは、上記信号Ｓｂ＋が供給されて
いる期間、開状態となり、クロックパルスφをカウンタ
１６ｂのクロック入力端子ＣＫへ供給する。カウンタ１
６ｂは、該クロックパルスφをアップカウントし、その
１カウント値を距離測定データＬＬとして出力する。す
なわち、このカウンタ１６ｂから出力される距離測定デ
ータ！、しは、送波器２ｂと受波器３ｂの間の距離りに
対応している。以上により超音波計測回路２０、が構成
されている。

次いで、上記カウンタ１６ａおよび１６ｂから各々出力
される距離測定データＬＲおよびＬＬは、演算回路２１
ａおよび２１ｂへ各々供給される。これらの各演算回路
２１ａおよび２１ｂは、距離測定データＬｒＺおよびＬ
Ｌを右肩関節の回転角度Ｏｒ（第２図参照）に対応した
角度データＤＲおよび左肩関節の回転角度Ｏｅに対応し
た角度データＤＬに各々変換して出力するもので、ルッ
クアップテーブルとして機能するＲＯＭを主体に構成さ
れている。

ここで、第２図に示すように、右肩関節の回転中心Ｏｒ
から送波器２ａが装着された部位までの距離をＡ「とし
、回転中心Ｏｒから受波器３ａが装着された部位までの
距離を［３ｒとすると、余弦定理から明らかなように、 である。

したがって、上記（り式において、ＡｒおよびＢｒが常
に一定とすると、Ｈに距離測定データＬＲを代入するこ
とにより、右肩関節の回転角度。

ｒが求められる。つまり、演算回路２１ａには、距離測
定データＬＲをアドレスとして人力した場合、回転角度
ｏｒに対応した角度データＤＲを出力するｒｌＯＭが設
けられており、これにより、上記（１）式の演算を行う
ようになっている。

同様に、左肩関節の回転中心Ｏｅから送波Ａ　２　ｂが
装着された部位までの距離をΔｅとし、回転中心ＯＱか
ら受波器３ｂが装着された部位までの距離をＢＱとする
と、 ＯＱ＝　ＣＯＳ−“（Ａｆ土ｌじ」己）・・・・・・（
２）２・ＡＱ−ＢＱ である。

したがって、上記（２）式において、ＡＣおよびＢＱが
常に一定とすると、Ｌに距離測定データＬＬを代入する
ことにより、左肩関節の回転角度θｅが求められる。つ
まり、演算回路２１ｂには、距離測定データＬＬをアド
レスとして入力した場合に回転角度θＱに対応した角度
データＤＬを出力する・ＲＯＭが設けられており、これ
により、上記（２）式の演算を行うようになっている。

また、各演算回路２１ａおよび２１ｂは、信号Ｓａ＋お
よびＳｂ、の立ち下がり、すなわちＳ／Ｒフリップフロ
ップ１２ａおよび１２ｂがリセットされる時点において
、カウンタ１６ａおよび１６ｂから出力される距離測定
データＬｌｌおよびＬＬを各々取り込み、この僅か後に
リセットパルスｎＰａおよびＲＰｂをカウンタ１６ａお
よびｔ６ｂの各リセット入力端子Ｒへ各々供給し、カウ
ンタ１６ａおよび１６ｂを各々リセットするようになっ
ている。　そして、演算回路２１ａおよび２１ｂから各
々出力された角度データＤｒｌおよびＤＬは、Ｄ／Ａ（
ディジタル／アナログ）変換器２２ａおよび２２ｂでア
ナログ電圧信号に変換される。これらＤ／Ａ変換？！Ａ
２２　ａおよび２２ｂから各々出力された電圧信号ｖＲ
およびＶＬは、微分回路２３ａおよび２３ｂへ各々供給
される。微分回路２３ａおよび２３ｂは電圧信号■Ｒお
よびＶＬを各々微分し、これによって得られた信号ＶＲ
，およびＶＬ、を楽音制御データとして楽音信号形成回
路２４へ供給する。

ここで、電圧信号ＶＲおよびＶＬ、は、右肩関節および
左肩関節の回転角度ｏｒおよび０ｇに各々対応しており
、したがって、この電圧信号ＶＲおよびＶＬを各々微分
して得られる信号Ｖ　ｎ　＋およびＶＬ、は、右腕およ
び左腕の回転角速度に各々対応している。

楽音信号形成回路２４は、微分回路２３ａおよび２３ｂ
から各々供給される信号ＶＲ１およびＶＬ、に対応した
演奏スピードであって、予め設定された所定のリズムパ
ターンに従ってパーカッション音（ドラム音、シンバル
音等）の音信号を形成するように構成されている。この
場合、上記信号ＶＲ１に応じて演奏スピードが速くなる
一方、信号ＶＬ、に応じて演奏スピードが遅くなり、そ
して、演奏スピードはノー９０程度まで高められるよう
になっている。楽音信号形成回路２４で形成された楽音
信号は、スピーカ２５へ出力され、これにより、スピー
カ２５から右腕の回転角速度、および左・腕の回転角速
度に各々対応する演奏スピードで所定のリズムパターン
のパーカッション音が発せられる。また、図中符号２６
は、楽音信号形成回路２４から出力される楽音信号を無
線によって送信する送信回路である。

このように、上述した一実施例によれば、演奏者の右腕
に装着された送波器２ａと腰に装着された受波器３ａと
の間の距１ｒｔを測定し、この距離Ｒに基づいて右腕の
体側方向の回転角度Ｏｒを算出し、さらに微分回路２３
ａで微分することにより、右腕の回転角速度を得ること
ができる。また、左腕に装着された送波器２ｂと腰に装
着された受波器３ｂとの間の距離りを測定し、この距離
りに基づいて左腕の体側方向の回転角度０（ｌを算出し
、さらに微分回路２３ｂで微分することにより、左腕の
回転角速度を得ることができる。そして、これら右腕お
よび左腕の各回転角速度に各々対応さ仕て楽音の演奏ス
ピードを変化させることができる。

次に、この発明の第２の実施例について第３図を参照し
て説明する。

第３図において、３０は演奏者の上半身の胸、肩および
肘の部分を覆う装着具であり、普通の土丹のように着脱
可能となっており、また、肩部３０ａ、３０ｂと肩部３
０ｃ、３０ｄは伸縮自在の素材によって構成され、この
肩部３０ａ、３０ｂと肩部３０ｃ、３０ｄに、薄型のア
ブソリュート型ロータリーエンコーグ３１ａ〜３１ｄが
各々取り付けられている。これらのロータリーエンコー
ダ３１ａ〜３Ｉｄの各シャフトには、レバー３２ａ〜３
２ｄが各々固着され、これらレバー３２ａ〜３２ｄの先
端部はゴム等の伸縮性を有する素材によって構成された
緩衝部材３３ａ〜３３ｄを介して装着具３０に取り付け
られている。これにより、演奏者が右腕または左腕を回
転させた場合、右肩関節の回転角度がロータリーエンコ
ーダ３１ａによって直接検出され、左肩関節の回転角度
がロータリーエンコーダ３１ｂによって直接検出される
。また、演奏者が右肩または左肩を折り曲げた場合、右
肘関節の曲げ角度がロータリーエンコーダ３１ｃによっ
て直接検出され、左肘関節の曲げ角度がロータリーエン
コーダ３１ｄによって直接検出される。

そして、各ロータリーエンコーダ３１ａ〜３１ｄから各
々出力された角度データ（所定ビット数のデジタル信号
）は、演奏者の腰に装着された楽音発生装置本体！ａヘ
ケーブル３４を介して供給される。楽音発生装置本体１
ａは、各ロータリーエンコーダ３１ａ〜３１ｄか４供給
される角度データをアナログ電圧信号に各々変換する４
個のＤ／Ａ変換器と、各Ｄ／Ａ変換器から各々出力され
たアナログ電圧信号を微分する４個の微分回路と、第１
図に示す楽音信号形成回路２４、スピーカ２５および送
信回路２６とを有して構成されている。

この場合、楽音信号形成回路２４は４個の微分回路から
各々供給される電圧信号に対応した演奏スピードであっ
て、予め設定されたリズムパターンのパーカッション音
の楽音信号を形成するように構成されている。この場合
、右肩関節の回転角速度に応じて演奏スピードが速くな
る一方、左肩関節の回転角速度に応じて演奏スピードが
遅くなり、そして、これら肩関節の回転速度に応じて演
奏スピードを」＝９０程度まで高めるようになっている
。また右肘関節の回転角速度に応じて演奏スピードが速
くなる一方、左肘関節の回転角速度に応じて演奏スピー
ドが遅くなり、そしてこれら肘関節の回転角速度に応じ
て演奏スピードをノー１５０〜１８０程度まで高めるよ
うになっている。

上述した第２の実施例によれば、演奏者の肩関節の回転
角速度および肘関節の回転角速度に応じて、楽音発生装
置本体１ａのスピーカ２５から発せられるパーカッショ
ン音の演奏スピードを自在に変化させることができる。

また、左右の腕を体側方向（左右方向）に回転させた場
合、または前後方向に回転させた場合のいずれにいおて
も左右の肩関節の回転角度がロータリーエンコーダ３１
ａ。

３１ｂによって検出されるので、演奏者は自由に動き回
ることができ、振り付は等の自由度が増す。

さらに、普通の上管のような装若具３０にロータリーエ
ンコーダ３１ａ〜３１ｄ等が組み込まれているので、フ
ァツション性が損なわれること乙ない。

なお、上述した第１および第２の実施例においては、デ
ィジタルデータである角度データＤＲ。

ＤＬをアナログの電圧信号Ｖｌｌ、ＶＬに変換し、この
電圧信号ＶＲ，ＶＬを微分することにより回転角速度に
対応した信号Ｖ　Ｒ、、Ｖ　Ｌ　、を求め、これらアナ
ログの信号Ｖ　Ｒ，、Ｖ　Ｌ　、を楽音制御信号として
楽音信号形成回路２４へ供給するように構成したが、角
度データＤＩヱ、ＤＬから差分データを直接的に求め、
このディジタルの差分データを回転角速度に対応したデ
ータと見なし、楽音制御データとして楽音信号形成回路
へ供給するように構成してもよい。また、検出した回転
角速度をそのまま楽音制御データとしてもよいし、検出
した回転角速度に基づき所定の楽音制御データを形成す
るようにしてもよい。

また、上述した第１および第２の実施例においては、腕
の回転角速度、または肩関節および肘関節の回転角速度
に応じて楽音の演奏スピードか変化するように構成した
が、楽音の音高、音量、音長または音色等を変化させる
ように構成してらよく、また左右の腕、肩、肘の各回転
角速度で、それぞれ異なる楽音パラメータを制御しても
よく、さらに、これらの各回転角速度の任意のものを適
宜組み合わせて楽音パラメータを制御してもよい。

また、上述した各実施例においては、肩および肘の回転
角速度を検出する場合を説明したが、ひざの回転角速度
についても同様の構成で検出することができる。

さらに、上述した各実施例において、楽音形成回路およ
びスピーカを装置本体内に設ける必要はなく、装置本体
からは楽音制御データを出力するようにしく例えば公知
のＭＩＤＩ方式で取り出すようにし）、この楽音制御デ
ータを別途設けられる楽音形成回路（楽音信号発生装置
）に供給するようにしてもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、人体の特定の
関節から離間した２部位間の距離を測定し、この距離か
ら前記関節を中心とする前記２部位の相対的な回転角度
を間接的に求め、または関節の回転角度を直接的に検出
し、これにより得られた回転角度の変化を検出するよう
に構成したので、人体の各部位の回転角速度を簡単かつ
安価な構成で得ることができ、例えば、人間のボデイア
クシジンを楽音に変換する装置に容易に適用することが
でき、リズム体操その他の分野において種々の効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による角速度検出装置
を楽音発生装置に適用した場合の回路構成を示すブロッ
ク図、第２図は同実施例による角速度検出装置を演奏者
に装着した場合の外観構成を示す図、第３図はこの発明
の第２の実施例による角速度検出装置を演奏者に装着し
た場合の外観構成を示す図である。 ２　ａ、　２　ｂ・・・・・・超音波送波器、３ａ、３
ｂ・・・・・・超音波受波器、２０・・・・・・超音波
計測回路、２１ａ、２１ｂ・・・・・・演算回路、２２
ａ、２２ｂ・・・・・・Ｄ／Ａ変換器、２３ａ、２３ｂ
・・・・・・微分回路、３１ａ〜３１ｄ・・・・・・ロ
ータリーエンコーダ。 出願人　　１］本楽器製造株式会社 第８図ｕ′２０賞計１・外釦紋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）人体の特定の関節から離間した２部位間の距離を測
   定する測定手段と、前記測定手段によって得られた測定
   データを前記特定の関節を中心とする前記２部位の相対
   的な回転角度に対応するデータに変換する変換手段と、
   前記変換手段から出力されるデータの変化を検出する変
   化検出手段とを具備することを特徴とする角速度検出装
   置。 ２）人体の関節部に装着され、該関節部の回転角度を検
   出する角度検出手段と、前記角度検出手段の検出結果の
   変化を検出する変化検出手段とを具備することを特徴と
   する角速度検出装置。