JPH0481799B2 - - Google Patents

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」 従来、人間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、したがつて、腕の回転
角速度を検出する装置も特に存在しなかつた。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、近年、ボデイアクシヨンを楽音に変
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
ることを目的としている。

「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
手段によつ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、測定手段によつて、人体
の特定の関節から離間した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
換手段によつて、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
つ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果の変化が変化
検出手段によつ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
成を示すブロツク図、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、２
ａ，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
によつて演奏者の腰に装着され、また送波器２
ａ，２ｂはサポータ状の装着具５によつて右前腕
および左前腕の所定個所の内腕側に各々装着され
る。これら送波器２ａ，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
素子によつて構成されており、送波器２ａ，２ｂ
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２
ａ，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３ａ，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
して構成されており、これにより、受波器３ａ，
３ｂに対する送波器２ａ，２ｂ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
器送波器２ａ，２ｂ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つている。

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１
１の入力端、およびＳ／Ｒ（セツト／リセツト）
フリツプフロツプ１２ａ，１２ｂの各セツト入力
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によつてトリガされ、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２ｂから各々発せられた超音波が受波器３
ａ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する。

前記受波器３ａから出力された高周波電圧は増
幅器１３ａ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／
Ｒフリツプフロツプ１２ａのリセツト入力端子Ｒ
へ供給される。Ｓ／Ｒフリツプフロツプ１２ａ
は、スタートパルスSPによつてリセツトされ、
ダイオード１４ａの出力によつてリセツトされ
る。すなわち、このＳ／Ｒフリツプフロツプ１２
ａのＱ出力信号Sa₁のパルス幅は、送波器２ａと
受波器３ａの間の距離Ｒに対応している。そし
て、このＱ出力信号Sa₁がアンドゲート１５ａの
一方の入力端に供給される。アンドゲート１５ａ
は、上記信号Sa₁が供給されている期間、開状態
となり、クロツクパルスφをカウンタ１６ａのク
ロツク入力端子CKへ供給する。カウンタ１６ａ
は、該クロツクパルスφをアツプカウントし、そ
のカウント値を距離測定データLRとして出力す
る。すなわち、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３
ａ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１３ｂ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／Ｒフリツプフロツプ１２ｂのリセツト入力端
子Ｒへ供給される。Ｓ／Ｒフリツプフロツプ１２
ｂは、スタートパルスSPによつてセツトされ、
ダイオード１４ｂの出力によつてリセツトされ
る。すなわち、このＳ／Ｒフリツプフロツプ１２
ｂのＱ出力信号Sb₁のパルス幅は、送波器２ｂと
受波器３ｂの間の距離Ｌに対応している。そし
て、このＱ出力信号Sb₁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Sb₁が供給されている期間、開状態
となり、クロツクパルスφをカウンタ１６ｂのク
ロツク入力端子CKへ供給する。カウンタ１６ｂ
は、該クロツクパルスφをアツプカウントし、そ
の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LLは、送波器２ｂと受波器３
ｂの間の距離Ｌ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２１ａ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LRおよびLLを右肩関節の回転角度θr
（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θl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、ルツクアツプテ
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Ar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Brとすると、余弦定
理から明らかなように、 θr＝COS^-1（Ar²＋Br²−R²／２・Ar・Br）………
(1) である。

したがつて、上記(1)式において、ArおよびBr
が常に一定すると、Ｒ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θrが求め
られる。つまり、演算回路２１ａには、距離測定
データLRをアドレスとして入力した場合、回転
角度θrに対応した角度データDRを出力するROM
が設けられており、これにより、上記(1)式の演算
を行うようになつている。

同様に、左肩関節の回転中心Olから送波器２
ｂが装着された部位までの距離をAlとし、回転
中心Olから受波器３ｂが装着された部位までの
距離をBlとすると、 θr＝COS^-1（Al²＋Bl²−L²／２・Al・Bl）………
(2) である。

したがつて、上記(2)式において、AlおよびBl
が常に一定すると、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θl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θl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
を行うようになつている。

また、各演算回路２１ａおよび２１ｂは、信号
Sa₁およびSb₁の立ち下がり、すなわちＳ／Ｒフ
リツプフロツプ１２ａおよび１２ｂがリセツトさ
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LRおよびLLを
各々取り込み、この僅か後にリセツトパルスRPa
およびRPbをカウンタ１６ａおよび１６ｂの各リ
セツト入力端子Ｒへ各々供給し、カウンタ１６ａ
および１６ｂを各々リセツトするようになつてい
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DRおよびDLは、Ｄ／
Ａ（デイジタル／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変換器２２ａおよび２２ｂから各々出力さ
れ電圧信号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VRおよびVLを各々微分
し、これによつて得られた信号VR₁およびVL₁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θrおよびθlに各々対応
しており、したがつて、この電圧信号VRおよび
VLを各々微分して得られる信号VR₁およびVL₁
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VL₁
に対応した演奏スピードであつて、予め設定され
た所定のリズムパターンに従つてパーカツシヨン
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
VL₁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♪＝90程度まで高められるように
なつている。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ツシヨン音が発せ
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つて送
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との間の距離Ｒ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θrを算出
し、さらに微分回路２３ａ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Ｌを測定し、この距離
Ｌに基づいて左腕の体側方向の回転角度θl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
対応させ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、普通の上
着のように着脱可能となつており、また、肩部３
０ａ，３０ｂと肘部３０ｃ，３０ｄは伸縮自在の
素材によつて構成され、この肩部３０ａ，３０ｂ
と肘部３０ｃ，３０ｄに、薄型のアブソリユート
型ロータリーエンコーダ３１ａ〜３１ｄが各々取
り付けられている。これらのロータリエンコーダ
３１ａ〜３１ｄの各シヤフトには、レバー３２ａ
〜３２ｄ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
よつ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３１
ａによつて直接検出され、左肩関節の回転角度が
ロータリーエンコーダ３１ｂによつて直接検出さ
れる。また、演奏者が右肘または左肘を折り曲げ
た場合、右肘関節の曲げ角度がロータリーエンコ
ーダ３１ｃによつて直接検出され、左肘関節の曲
げ角度がロータリーエンコーダ３１ｄによつて直
接検出される。

そして、各ロータリーエンコーダ３１ａ〜３１
ｄから各々出力された角度データ（所定ビツト数
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１ａへケーブル３４を介して供給
される。楽音発生装置本体１ａは、各ロータリー
エンコーダ３１ａ〜３１ｄから供給される角度デ
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
演奏スピードであつて、予め設定されたリズムパ
ターンのパーカツシヨ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
つている。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
ら肘関節の回転角度速度に応じて演奏スピードを
♪＝150〜180程度まで高めるようになつている。

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
せられるパーカツシヨ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によつて検出されるので、演奏者は自
由に動き回ることができ、振り付け等の自由度が
増す。さらに、普通の上着のような装着具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、フアツシヨン性が損なわれるこ
ともない。

なお、上述した第１および第２の実施例におい
ては、デイ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VR，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VR₁，VL₁を求め、これら
アナログの信号VR₁，VL₁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DR，DLから差分データを直接的
に求め、このデイ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関節
の回転角速度に応じて楽音の演奏スピードが変化
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もよ
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（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、第１の発明によれば、測
定手段が特定の関節から離間した２部位間の距離
に対応した測定データを発生し、変換手段がこの
測定データを特定の関節を中心とする２部位の相
対的な回転角度を表わすデータに変換し、変化検
出手段が回転角度を表わすデータの変化を検出す
ることによつて、特定の関節を中心とする２部位
間の相対的な回転角速度を発生するため、簡単か
つ安価な構成で人体の特定の関節の回転角速度を
得ることができる上、関節をある速さで動かすと
いう操作者側の意図に沿つた回転角速度を正確に
検出することができるという効果が得られる。

また、第２の発明によれば、角度検出手段によ
つ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果の変化が変化
検出手段によつて該関節部の回転角速度として検
出される。したがつて、単に回転角度のみを検出
する態様に比べた場合、所望の回転角速度を発生
させる操作のバリエーシヨンが増し、例えば、人
間のボデイアクシヨンに伴つて生成される回転角
速度値に基づいて楽音制御する場合などにおい
て、制御操作となるボデイアクシヨンの自由度が
向上するという効果を奏する。

【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
成を示すブロツク図、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。 ２ａ，２ｂ……超音波送波器、３ａ，３ｂ……
超音波受波器、２０……超音波計測回路、２１
ａ，２１ｂ……演算回路、２２ａ，２２ｂ……
Ｄ／Ａ変換器、２３ａ，２３ｂ……微分回路、３
１ａ〜３１ｄ……ロータリーエンコーダ。

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部位置の距
   離を測定する測定手段と、前記測定手段によつて
   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。