弦楽器用マニピュレータ、及び弦楽器演奏ロボット
【課題】簡便にビブラート奏法を行なうことができる弦楽器用マニピュレータ、及びそれを用いた弦楽器演奏ロボットを提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る弦楽器用マニピュレータは、弦５１を指板５２に押し当てる押し当て部材２１と、押し当て部材２１を保持する本体部２０と、本体部２０を指板５２に対して近接離間させる左手用アクチュエータ１３と、押し当て部材２１を本体部２０に対して回動可能に支持するシャフト２２と、本体部２０と押し当て部材２１との間に設けられ、押し当て部材２１を指板５２に押し付ける方向に付勢するねじりばね２６と、を備え、左手用アクチュエータ１３が指板５２を本体部２０に対して近接離間させることによって、押し当て部材２１が回動して弦方向の押し当て位置が変化するものである。
【解決手段】本発明の一態様に係る弦楽器用マニピュレータは、弦５１を指板５２に押し当てる押し当て部材２１と、押し当て部材２１を保持する本体部２０と、本体部２０を指板５２に対して近接離間させる左手用アクチュエータ１３と、押し当て部材２１を本体部２０に対して回動可能に支持するシャフト２２と、本体部２０と押し当て部材２１との間に設けられ、押し当て部材２１を指板５２に押し付ける方向に付勢するねじりばね２６と、を備え、左手用アクチュエータ１３が指板５２を本体部２０に対して近接離間させることによって、押し当て部材２１が回動して弦方向の押し当て位置が変化するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弦楽器を演奏するための弦楽器用マニピュレータ、及びそのマニピュレータを備えた弦楽器演奏ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、テーマパークのアトラクション等で、楽器を演奏するロボットが活躍している。例えば、トランペット等の管楽器を演奏するためのロボットが開示されている（特許文献１参照）。このロボットでは、ピストンを押し下げるための人口指がピストン毎に設けられている。
【特許文献１】特開２００４−３１４１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年では、バイオリンなどの弦楽器を演奏するロボットについても、開発が望まれている。ところで、バイオリンなどの弦楽器では、演奏に深みを持たせるため、ビブラート奏法が用いられる。ビブラート奏法とは、指板に対する弦の押し当て位置を弦方向に変化させるものである。これにより、弦の振動部分の長さが変化して、周波数の変化がおきる、このため、音程を周期的に変えることができる。通常、人間が演奏する場合、手首や肘を動かして、弦の押し当て位置を変化させる。これにより、音程を細かく振動させることができる。
【０００４】
しかしながら、演奏用のロボットで手首関節や肘関節では、駆動する部分が大きくなってしまうため、細かな制御が困難である。また、ビブラート演奏用に新たな軸を増加させると、複雑な制御が必要となってしまう。よって、従来のロボットハンドでは、ビブラート奏法を行なうことが困難であるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、簡便にビブラート奏法を行なうことができる弦楽器用マニピュレータ、及び弦楽器演奏ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る弦楽器用マニピュレータは、弦楽器の弦を指板に押し当てる指部を有する弦楽器用マニピュレータであって、前記弦を前記指板に押し当てる押し当て部材と、前記指部に設けられ、前記押し当て部材を保持する本体部と、前記弦を前記押し当て部材により前記指板に押し当てるよう、前記本体部を前記指板に対して近接離間させる第１のアクチュエータと、前記押し当て部材を前記本体部に対して回動可能に支持する支持部材と、前記本体部と前記押し当て部材との間に設けられ、前記押し当て部材を前記指板に押し付ける方向に付勢する弾性体と、を備え、前記押し当て部材が前記指板を押し付けた状態で、前記第１のアクチュエータが前記指板に対して近接離間させることによって、前記押し当て部材が回動して前記弦方向の押し当て位置が変化するものである。これにより、アクチュエータを増やす必要がないため、簡便な構成でビブラート奏法を実施することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る弦楽器用マニピュレータは、上記のマニピュレータであって、前記本体部に当接することによって、前記押し当て部材の回動範囲を制限するストッパが設けられているものである。これにより、速やかに押し当てを開放することができる。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る弦楽器用マニピュレータは、上記のマニピュレータであって、前記第１のアクチュエータが第１のアクチュエータが前記本体部を駆動する方向が可変であるものである。これにより、簡便にビブラート奏法を実施することができる。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る弦楽器演奏ロボットは、上記の弦楽器用マニピュレータと、前記押し当て部材が前記第１のアクチュエータの駆動によって前記指板を押し当てることができる位置になるまで、前記弦楽器用マニピュレータを移動させる第２のマニピュレータとを備えるものである。これにより、簡便にビブラート奏法を実施することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡便にビブラート奏法を行なうことができる弦楽器用マニピュレータ、及び弦楽器演奏ロボットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施の形態にかかる弦楽器用マニピュレータは、弦楽器の弦を指板に押し当てる指部を有する弦楽器用マニピュレータである。弦楽器用マニピュレータは、弦を前記指板に押し当てる押し当て部材と、指部に設けられ、押し当て部材を保持する本体部と、を備えている。また、弦楽器マニピュレータは、押し当て部材を本体部に対して回動可能に支持する支持部材と、弦を押し当て部材により指板に押し当てるように本体部を指板に近接離間させる第１のアクチュエータと、を有している。さらに、弦楽器用マニピュレータは、本体部と押し当て部材との間に設けられ、押し当て部材を指板に押し付ける方向に付勢する弾性体を有している。そして、押し当て部材が指板を押し付けた状態で、第１のアクチュエータが前記指板に対して近接離間させることによって、押し当て部材が回動して弦方向の押し当て位置が変化する。
【００１２】
以下に、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。
【００１３】
本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットについて、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる弦楽器演奏ロボット１００の概略構成を示す図である。弦楽器演奏ロボット１００は、胴体部１０、左手部１１、右手部１２、左手用アクチュエータ１３、右手用アクチュエータ１４、左腕部１５、右腕部１６、腕用アクチュエータ１７、センサ１８、及び制御部１９を備えている。弦楽器演奏ロボット１００は、例えば、図示しない頭部と脚部とを有する人型のヒューマイノイドロボットであってもよい。弦楽器演奏ロボット１００は、両腕、及び両手を駆動して、バイオリン５０を演奏する。このバイオリン５０は、通常のバイオリンに限らず、電子バイオリンであってもよい。
【００１４】
胴体部１０には、左腕部１５、及び右腕部１６が接続されている。左腕部１５、及び右腕部１６は、例えば、６自由度や７自由度のロボットアームである。左腕部１５、及び右腕部１６は、肩関節を介して胴体部１０に取り付けられている。左腕部１５、及び右腕部１６には、肘関節が設けられている。この肘関節は、左腕部１５、及び右腕部１６の上腕と前腕とを連結している。左腕部１５の先端には左手部１１が接続され、右腕部１６の先端には、右手部１２が接続されている。左手部１１、及び右手部１２は、手首関節を介して、左腕部１５、及び右腕部１６にそれぞれ接続されている。
【００１５】
さらに、胴体部１０には、左腕部１５、及び右腕部１６の各関節を駆動する腕用アクチュエータ１７が設けられている。腕用アクチュエータ１７によって、肘関節、肩関節、手首関節が駆動する。腕用アクチュエータ１７としては、例えば、ソレノイドやモータ等を用いることができる。ここでは、腕用アクチュエータ１７として、サーボモータを用いている。なお、腕用アクチュエータ１７を配置する場所は、胴体部１０に限らず、各関節の近傍でもよい。もちろん、自由度の数に応じた数の腕用アクチュエータ１７が設けられている。
【００１６】
左手部１１、及び右手部１２は、複数の指を有するロボットハンドである。例えば、左手部１１、及び右手部１２はそれぞれ、人間の手と同様に、五指を有する。左手部１１には、五指に設けられた指関節を駆動するための左手用アクチュエータ１３が設けられている。同様に、右手部１２には、五指に設けられた指関節を駆動するための右手用アクチュエータ１４が設けられている。なお、１本の指の指関節は１以上であればよい。左手用アクチュエータ１３は、例えば、左手部１１の手の平部に収容され、右手用アクチュエータ１４は、右手部１２の手の平部に収容される。左手用アクチュエータ１３は、左手部１１の指関節を駆動し、右手用アクチュエータ１４は右手部１２の指関節を駆動する。左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４としては、例えば、ソレノイドやモータ等を用いることができる。ここでは、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４としても、サーボモータを用いている。
【００１７】
なお、腕用アクチュエータ１７、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４は自由度に応じた数のモータ等を有している。例えば、左腕部１５、及び右腕部１６が６自由度のロボットアームである場合、それぞれの腕には、６つのモータが設けられる。また、両腕、及び両手の各関節には、サーボモータの動力を伝達するギヤやベルトやプーリなどが設けられていてもよい。
【００１８】
左手部１１、及び右手部１２は、バイオリン５０を演奏する弦楽器演奏マニピュレータである。左手部１１は、バイオリン５０の指板５２部分を把持する。すなわち、左手部１１がバイオリン５０のネック部分を把持して、バイオリン５０を持ち上げる。そして、バイオリン５０のボディーを胴体部１０で保持する。例えば、人間と同様に、頭部の顎部と肩部とでバイオリンのあご当てを挟み込む。これにより、バイオリン５０を安定して保持することができる。もちろん、上記以外の方法で、バイオリン５０を保持してもよい。例えば、弦楽器演奏ロボット１００に、バイオリン保持機構を設けてもよい。
【００１９】
右手部１２は、バイオリン５０の演奏に用いる弓５３を把持する。すなわち、右手部１２で弓５３を操作する。右手部１２が弓５３を把持した状態で、腕用アクチュエータ１７を駆動する。これにより、右腕部１６の関節が駆動し、音を奏でるための弓５３の往復動作が行なわれる。バイオリン５０には、４本の弦５１が設けられている。そして、左手部１１の指の先端が、それぞれの弦５１を指板５２に対して押し当てる。例えば、４本の弦５１が人差指、中指、薬指、親指で、それぞれ押さえられる。これにより、弦５１の振動部分の長さが変化して、音程を調整することができる。左手部１１によって弦５１を指板５２に押し当てた状態で、右手部１２が弓５３によって弦５１を振動させる。具体的には、右手部１２が弓５３のヘアーを弦５１に当接させた状態で、弓５３を弦方向から傾いた方向に移動させる。例えば、弓５３を把持した右手部１２を図１の矢印方向に駆動する。弦５１と弓５３とがこすれ、弦５１が振動する。これにより、弦５１の振動部分の長さに応じた音程の音が奏でられる。
【００２０】
胴体部１０には、各関節の駆動を制御するための制御部１９が設けられている。制御部１９は、腕用アクチュエータ１７、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４の駆動を制御する。制御部１９は、例えば、エンコーダなどのセンサ１８からの出力に応じて、フィードバック制御する。制御部１９による制御は、公知の制御方法を用いることができる。これにより、右手部１２、及び左手部１１が上述のように駆動して、音を奏でることができる。
【００２１】
ここで、制御部１９について詳細に説明する。制御部１９は、演算処理部であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶領域であるＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインターフェースなどを有し、ロボット１の各種動作を制御する。例えば、ＲＯＭには、制御するための制御プログラムや、各種の設定データ等が記憶されている。そして、ＣＰＵは、このＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開する。そして、設定データや、センサ等からの出力に応じてプログラムを実行する。
【００２２】
制御部１９は、演奏する曲に応じて、腕用アクチュエータ１７、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４の駆動を制御する。例えば、演奏曲に応じて、押し当て位置のパターンを生成する。そして、押し当て位置のパターンに基づいて左手部１１を移動させる。これにより、所定のタイミングで、押し当て位置が所定の位置に変化する。また、演奏曲に応じて、弓５３を移動するタイミングのパターンを生成する。そして、このタイミングパターンに応じて弓５３の往復動作を制御する。これにより、所定の音程が所定のタイミングで奏でられていき、演奏することができる。なお、本実施の形態において、弦楽器演奏ロボット１００が行なう演奏とは、完全な曲の演奏に限らず、少なくとも１つの音程の音が奏でられるものであればよい。
【００２３】
さらに、本実施の形態では、左手部１１を駆動することによって、ビブラート奏法を行なうことができる。すなわち、制御部１９が左手部１１の駆動を制御することで、弦５１の押し当て位置が弦方向に変化する。ビブラート奏法を行なうため、弦方向の押し当て位置を周期的にずらす。具体的には、７Ｈｚで押し当て位置を変化させる。これにより、音程をわずかに変化させることができる。ある音を出すときに、その音を基準に音を震わせることができる。ビブラート奏法を行なうことで、音に深みを持たせることができる。
【００２４】
次に、本実施の形態の特徴部分である左手部１１について説明する。図２を左手部１１の構成を模式的に示す斜視図である。図２では、左手部１１がバイオリン５０の指板５２部分を保持した状態を示している。左手部１１は、指と、手の平部４８とを有している。ここでは、左手部１１が五指を有しているとして説明する。すなわち、手の平部４８には、親指４１、人差指４２、中指４３、薬指４４、及び小指４５が接続されている。もちろん、指の数は、６以上であってもよく、４以下であってもよい。
【００２５】
左手部１１の手の平部４８に指板５２部分が載置される。指板５２の裏面、すなわち、指板５２の弦５１と反対側の面は手の平部４８と接触する。そして、指板５２が左手部１１の指によって挟まれている。すなわち、親指４１が指板５２の片側に配置され、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５がもう片側に配置される。人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５は所定の間隔を隔てて配置されている。このように、左手部１１は、バイオリン５０の指板５２部分を掴んでいる。そして、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５が４本の弦５１をそれぞれ押え付ける。これにより、弦５１が指板５２に押し当てられる。
【００２６】
人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５は、駆動軸４０を介して回転可能に支持されている。この駆動軸４０が左手用アクチュエータ１３によって駆動される指関節の回転軸となる。人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５の駆動軸４０は平行になっている。さらに、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５の駆動軸４０は一致している。また、駆動軸４０を弦方向と略平行にしている。駆動軸４０は各指の根元近傍に設けられている。駆動軸４０を介して各指が手の平部４８に対して連結される。
【００２７】
左手用アクチュエータ１３を駆動すると、駆動軸４０を回転軸として指関節が回転する。従って、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５が手の平部４８に対して回転する。制御部１９が左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することにより、指関節の回転角度が変化する。これにより、各指の先端が指板５２の裏面側に配置された手の平部４８に対して近づいたり、離れたりする。各指の先端を手の平部４８に近づけると、各指の先端が指板５２に近づく。これにより、弦５１を指板５２に押し当てることができる。また、各指の先端を手の平部４８から遠ざけると、各指の先端が指板５２から離れていく。これにより、弦５１の押し当てを開放することができる。なお、左手用アクチュエータ１３は、それぞれの指を独立して駆動する。
【００２８】
このように、左手用アクチュエータ１３が駆動すると、駆動軸４０に対する指の回転角度が変化する。よって、制御部１９が左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することによって、所定のタイミングで弦を押し当てることができる。さらに、左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することによって、弦５１を指板５２に押し付ける力を制御することができる。すなわち、左手用アクチュエータ１３を高いトルクで駆動すると、指が指板５２を強い力で押し付ける。よって、指が弦５１を指板５２に押し付ける力が強くなる。
【００２９】
なお、指板５２に対して押え付ける弦５１の選択は、腕用アクチュエータ１７によって行なわれる。すなわち、腕用アクチュエータ１７が左腕部１５の肘関節や手首関節等を駆動する。これにより、指の先端と弦５１との接触位置が弦方向と垂直方向であって、指板５２上を横切る方向にずれる。すなわち、４本の弦５１が配列されている方向に指の先端が移動される。これにより、４本の弦５１の中から、指板５２に押し当てる弦５１を選択することができる。押し当てる弦５１を選択する場合、例えば、駆動軸４０と平行な軸の関節を駆動する。また、ビブラート奏法以外で弦５１を押し当てる位置を変化させる時も、腕用アクチュエータ１７を用いる。この場合、駆動軸４０と傾斜する軸の関節を用いる。例えば、駆動軸４０と直交する軸の関節を駆動して、押し当て位置を変化させる。これにより、左手部１１が弦方向に移動するため、押し当て位置を変化させることができる。すなわち、左手部１１が指板５２に沿って移動する。よって、所望の音程の音が奏でられるように、弦５１を押し当てることができる。
【００３０】
ある音を奏でるときの指の先端と弦５１が最初に接触する位置を接触点とする。この接触点は腕用アクチュエータ１７の駆動することによって、変化する。すなわち、腕用アクチュエータ１７が接触点の位置決めを行なう。そして、位置決めされた状態で、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、弦５１方向と垂直な方向に指の先端が駆動する。これにより、指の先端が弦５１に近づいていき、所定の接触点で弦５１と指が接触する。さらに、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、接触点に応じた位置で弦５１が指板５２に押し当てられる。具体的には、腕用アクチュエータ１７を駆動して、弦５１の押し当て位置の略直上に指の先端を配置する。そして、左手用アクチュエータ１３を駆動して、指の先端を弦に近づける。弦５１と指の先端が接触する。さらに、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、弦５１が指板５２に押し当てられる。左手用アクチュエータ１３は指の先端を弦方向と垂直な方向に移動させることが好ましい。このため、左手用アクチュエータ１３が本体部２０を駆動する方向が可変であることが望ましい。これにより、接触点の位置決めを容易に行うことができる。よって、正確な位置で弦５１が押し当てられる。接触点に応じた音程が奏でられるため、音程の制御を容易に行うことができる。
【００３１】
一方、ビブラート奏法を行なうとき、左手用アクチュエータ１３を駆動させる。すなわち、制御部１９が左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することによって、ビブラート奏法が行われ、押し当て位置が変化する。人差指４２の先端には、押し当て位置を可変にするための回転軸となるシャフト２２が設けられている。もちろん、人差指４２以外の指にも同様に、シャフトが設けられていても良い。そして、駆動軸４０を回転軸として、指関節を回転させる。これにより、指の先端が指板５２に近づいていく。指の先端に設けられた押し当て部材がシャフト２２を回転軸として回転する。これにより、押し当て位置が変化する。以下にビブラート奏法を行なうために指の先端部分に設けられた機構について、詳細に説明する。なお、以下の説明では、弦を指板に押し当てる指を指部と称している。指部は、いずれの指であってもよい。
【００３２】
図３乃至図５を用いて、ビブラート奏法を行うための指部について説明する。図３は、指部４６の先端周辺の構成を示す分解斜視図である。図４、及び図５は、指部４６が、指板５２を押え付けている様子を示す斜視図である。図４（ａ）は、指部４６が、指板５２に弦５１を押し当てている様子を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態における指部先端の構成の一部を模式的に示す側面図である。図５（ａ）は、指部４６が、指板５２に弦５１を押し当てている様子を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ｂ）の状態における指部の一部の構成を模式的に示す側面図である。なお、図４と図５とでは、押し当て位置が変化している。
【００３３】
まず、図３を参照して指部４６の構造について説明する。図３に示すように、指部４６は、本体部２０、押し当て部材２１、シャフト２２、ベアリング２３、ねじりばね（トーションばね）２６を有している。本体部２０は、収納溝２８、孔２７、及び挿入穴２５を有している。押し当て部材２１は、メカリミット３０、貫通孔２４、及び凹溝２９を有している。なお、図３では、本体部２０の内部構成を示すため、本体部２０を透視して示している。
【００３４】
本体部２０の先端には、弦５１を指板５２に押し当てる押し当て部材２１が配置される。押し当て部材２１は、指部４６の先端に配置される駒状部材である。押し当て部材２１は、例えば、プラスチックなどの樹脂によって形成されている。図３では、押し当て部材２１の下側が弦５１と当接する。よって、押し当て部材２１の下側が弦５１を指板５２に押し当てる押し当て側となる。ここで、押し当て部材２１の押し当て側の面を押し当て面２１ａとし、押し当て面２１ａと反対側の面を反押し当て面２１ｂとする。押し当て部材２１は押し当て側と反対側が切り欠かれた略楕円柱状になっている。押し当て部材２１の押し当て面２１ａは曲面となる。押し当て部材２１の押し当て側の曲面が扁平している。押し当て部材２１の押し当て面２１ａは扁平した曲面になり、反押し当て面２１ｂは略平面になっている。
【００３５】
押し当て部材２１には、貫通孔２４が設けられている。この貫通孔２４にシャフト２２が挿入される。さらに、押し当て部材２１の貫通孔２４の両側にはベアリング２３が配設されている。すなわち、２つのベアリング２３間に押し当て部材２１が配置される。ベアリング２３は、貫通孔２４に対応して設けられている。シャフト２２は、ベアリング２３を介して押し当て部材２１を回転可能に支持している。具体的には、本体部２０の収納溝２８に押し当て部材２１が嵌め込まれる。そして、ベアリング２３、及び貫通孔２４にシャフト２２が挿入される。シャフト２２は、押し当て部材２１を本体部２０に対して回動可能に支持する支持部材である。
【００３６】
このシャフト２２は、駆動軸４０から傾斜する方向になっている。従って、シャフト２２は、弦方向と傾いた方向に設けられている。例えば、駆動軸４０とシャフト２２とは直交している。この場合、弦方向とシャフト２２とは直交する。ここで、シャフト２２の方向を押し当て部材２１の厚さ方向とする。押し当て部材２１は、厚さ方向の中央付近で弦を押し当てる。シャフト２２は、押し当て部材２１の偏心位置に設けられている。図３では、厚さ方向と垂直な平面において、貫通孔２４、及びシャフト２２の位置が、押し当て部材２１の中心位置から右側に片寄っている。すなわち、回転軸が押し当て部材２１の右側に偏心している。シャフト２２を回転軸として押し当て部材２１が回転すると、以下に詳述する通り、押し当て位置が変化する。
【００３７】
本体部２０の先端側には、収納溝２８が形成されている。この収納溝２８に、押し当て部材２１が収納される。収納溝２８は、押し当て部材２１の反押し当て側に応じた形状となっている。すなわち、収納溝２８は、押し当て部材２１に反押し当て面２１ｂに沿って形成されている。さらに、収納溝２８は、シャフト２２を挿入するための挿入穴２５と連通している。挿入穴２５は収納溝２８の両側に設けられる。これにより、シャフト２２を本体部２０に挿入することができる。また、収納溝２８は、ねじりばね２６の端部が挿入される孔２７と連通している。図３において、孔２７は上方に延びている。このように、本体部２０の収納溝２８には、挿入穴２５、及び孔２７が接続されている。本体部２０と押し当て部材２１が、押し当て部材２１の厚さ方向のクリアランスを有するように、収納溝２８が形成されている。これにより、シャフト２２を回転軸として、押し当て部材２１を回転させることができる。
【００３８】
また、収納溝２８には、ねじりばね２６が収納される。従って、本体部２０は、押し当て部材２１、及びねじりばね２６を収納するケースとなる。ねじりばね２６は、例えば、金属棒を螺旋状にねじることによって形成される。すなわち、金属棒をコイル状に回転させていくことにより、ねじりばね２６が形成される。ねじりばね２６は、コイルの中心軸まわりに荷重を受けるばねである。コイルの両端は、通常、所定の開き角になっている。ねじりばね２６は、コイル両端に設けられた端部の開き角に応じた弾性力を発生する弾性体である。ねじりばね２６の開き角を狭くすると、開き角を広げる方向に弾性力が生じる。ねじりばね２６のコイルの中に、シャフト２２が挿入される。例えば、ねじりばね２６のコイルの中心軸にシャフト２２を配置する。従って、ねじりばね２６の両端のうちの一端が孔２７に挿入される。
【００３９】
ねじりばね２６のコイル部分は、押し当て部材２１の凹溝２９内に配置される。凹溝２９は、貫通孔２４と連通している。凹溝２９は、押し当て部材２１の厚さ方向の中央付近に形成されている。そして、ねじりばね２６の一端が孔２７の内部で本体部２０と当接し、他端が凹溝２９内で押し当て部材２１に当接する。このように、ねじりばね２６は、押し当て部材２１と本体部２０との間に配置される。
【００４０】
ねじりばね２６は、押し当て部材２１を指板５２に押し付ける方向に付勢する。すなわち、押し当て部材２１はねじりばね２６の弾性力によって、矢印Ｃの方向に付勢されている。ねじりばね２６の弾性力によって、押し当て部材２１が所定の回転角度になる。これにより、本体部２０と押し当て部材２１の反押し当て面２１ｂとの間に、隙間が生じる。シャフト２２よりも左側において、押し当て部材２１と本体部２０との間に隙間が生じていることになる。そして、ねじりばね２６の開き角が変わると、押し当て部材２１の回転角度が変化する。すなわち、押し当て部材２１の回転角度は、ねじりばね２６の開き角に応じた値となる。そして、押し当て部材２１が回転すると、反押し当て面２１ｂと本体部２０との隙間が変化する。
【００４１】
押し当て部材２１が弦５１を指板５２に押し付けると、押し当て部材２１は指板５２から反力を受ける。この反力とねじりばね２６の弾性力がつりあう位置で、押し当て部材２１の回転が停止する。このとき、押し当て部材２１はねじりばね２６によって指板５２の方向に付勢されている。よって、弦５１を確実に指板５２に対して押し当てることができる。押し当て部材２１が指板５２をさらに押し付けると、指板５２が押し当て部材２１を押し付ける力がさらに強くなる。これにより、力のつり合い位置が変化して、ねじりばね２６の開き角度が狭くなっていく。よって、押し当て部材２１の回転角度が矢印Ｃと反対方向に回転する。押し当て部材２１の反押し当て面２１ｂと本体部２０との隙間が小さくなり、ねじりばね２６の開き角が小さくなる。このように、押し当て部材２１が弦５１を指板５２に対して押し付ける力が変化すると、ねじりばね２６の開き角が変わる。そして、押し当て部材２１の回転角度が変化する。
【００４２】
また、ねじりばね２６の開き角はメカリミット３０によって制限されている。すなわち、メカリミット３０が本体部２０と当接することによって、ねじりばね２６の開き角が制限される。これにより、ねじりばね２６の開き角がある一定以上大きくならない。すなわち、メカリミット３０が本体部２０と当接するまでは、開き角を狭くすることができる。このように、メカリミット３０は、ねじりばね２６の開き角が広がる方向の回転を制限している。メカリミット３０が本体部２０に当接すると、矢印Ｃの方向に回転に制限がかかる。
【００４３】
一方、反押し当て面２１ｂがねじりばね２６の両端が狭くなる方向の開き角を制限している。すなわち、反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接することによって、ねじりばね２６の開き角が制限される。これにより、ねじりばね２６の開き角がある一定以上小さくならない。すなわち、反押し当て面２１ｂは、ねじりばね２６の開き角が狭くなる方向の回転を制限している。反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接するまでは、開き角を狭くすることができる。
【００４４】
メカリミット３０で制限される回転角度と反押し当て面２１ｂで制限される回転角度の間、ねじりばね２６は常時、押し当て部材２１に弾性力を付与している。すなわち、メカリミット３０を設けることによって、ねじりばね２６は、常時、開き角を広げる方向に弾性力を発生させている。このようにするため、メカリミット３０はねじりばね２６の開き角が広がらないように制限する。具体的には、メカリミット３０が本体部２０に接触している状態の開き角を、ねじりばね２６に何ら力が加わっていない状態での開き角よりも狭い角度にする。これにより、ねじりばね２６が常時、押し当て部材２１に対して付勢力を発生させる。押し当て部材２１には、シャフト２２を支点として指板５２の方向に付勢力がかかっている。すなわち、反押し当て面２１ｂと本体部２０の隙間が広くなる方向に、押し当て部材２１が付勢されている。
【００４５】
従って、押し当て部材２１が指板５２に接触した状態で、本体部２０をさらに指板５２に押し付けていくと、押し当て部材２１が矢印Ｃと反対方向に回転する。そして、反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接したところで、矢印Ｃと反対方向の回転が止まる。シャフト２２を回転軸とする押し当て部材２１の回転角度が制限される。一方、反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接した状態で、本体部２０を指板５２から離していくと、押し当て部材２１が矢印Ｃの方向に回転する。これにより、ねじりばね２６の開き角が徐々に広くなっていく。そして、メカリミット３０と本体部２０とが当接すると、回転が停止する。ここでは、押し当て部材２１と本体部２０とが完全に離れる。これにより、シャフト２２を回転軸とする押し当て部材２１の回転角度が制限される。メカリミット３０を設けることにより、押し当てを速やかに開放することができる。このように、反押し当て面２１ｂとメカリミット３０が回転を制限するストッパとして機能する。反押し当て面２１ｂ、及びメカリミット３０は、押し当て部材２１に本体部２０に当接することによって、押し当て部材２１の回動範囲を限定するストッパとなる。
【００４６】
押し当て部材２１の押し当て面２１ａは、扁平した曲面となっている。さらに、シャフト２２が押し当て部材２１の偏心位置に設けられている。従って、押し当て部材２１の回転角度が変わると、本体部２０の先端から押し当て面２１ａの先端までの距離が変化する。また、押し当て部材２１の回転角度が変わると、弦方向の押し当て位置が変化する。
【００４７】
押し当て部材２１が弦５１を指板５２に押し当てている状態を図４、及び図５を用いて説明する。図４は、反押し当て面２１ｂが本体部２０に当接している状態を示している。図５は、図４の状態から、本体部２０を指板５２から遠ざけた状態を示している。また、図４（ｂ）、及び図５（ｂ）では、本体部２０と押し当て部材２１との位置関係を模式的に示している。ビブラート奏法を行なう場合、指部４６は、図４の状態と、図５の状態とを繰り返す。図４、及び図５の状態では、指板５２と押し当て部材２１との間に、弦５１が挟まれている。
【００４８】
図４では、押し当て部材２１が略完全に本体部の収納溝２８に収納されている。ここで、押し当て部材２１が弦５１を指板５２に押し当てている押し当て位置はＡ点になる。そして、ねじりばね２６は、矢印Ｄと反対方向に押し当て部材２１を付勢している。これにより、確実に弦５１を指板５２に押し当てることができる。ここでは、反押し当て面２１ｂが本体部２０に当接しているため、これ以上、押し当て部材が矢印Ｄの方向に回転しない。従って、正確な押し当て位置で押し当てることができる。すなわち、押し当て位置の位置ずれを抑制することができる。ビブラート奏法を行なわないときは、図４に示す状態で、弦５１を指板５２に押し当てる。そのため、まず、左手用アクチュエータ１３を駆動して、本体部２０を指板５２に近づけていく。指部４６が矢印Ｅの方向に移動する。これにより、押し当て部材２１が矢印Ｄの方向に回転して、ねじりばね２６の開き角が徐々に狭くなっていく。図４（ｂ）において、ねじりばね２６はシャフト２２よりも左側において、押し当て部材２１を付勢している。このように、弦方向において、押し当て部材２１がねじりばね２６により付勢されている位置と、シャフト２２の位置とは、ずれている。反押し当て面２１ｂが本体部２０に当接したら、左手用アクチュエータ１３の駆動を停止する。これにより、反押し当て面２１ｂが本体部と当接した状態となる。よって、押し当て位置の位置精度を向上することができる。図４（ｂ）に示す状態では、押し当て部材２１の指板側の先端が本体部２０の指板側の先端に最も近くなっている。
【００４９】
図４に示す状態では、本体部２０と指板５２との距離が最も近くなっている。換言すると、シャフト２２が指板５２に最も接近している。ビブラート奏法を実施するとき、左手用アクチュエータ１３を駆動して、図４の状態と図５の状態を交互に繰り返す。そのため、まず、図４に示す状態から、本体部２０と指板５２とを離すように、左手用アクチュエータ１３を駆動する。すなわち、図５の矢印Ｆの方向に指部４６を駆動して、図５に示す状態とする。図５（ｂ）の状態における本体部２０と指板５２との距離は、図４（ｂ）の状態における本体部２０と指板５２との距離よりも、広くなっている。換言すると、シャフト２２と指板５２との距離が広くなる。これにより、押し当て部材２１が矢印Ｃの方向に回転する。すなわち、偏心位置に設けられたシャフト２２を回転軸として、押し当て部材２１が回転する。押し当て部材２１の一部が本体部２０の収納溝２８からはみ出す。これにより、押し当て位置がＡ点からＢ点にずれる。すなわち、押し当て位置が弦方向に変化する。また、押し当て部材２１には、ねじりばね２６によって、指板５２を押し付ける方向の付勢力が与えられている。なお、この状態では、メカリミット３０が本体部２０に当接されていない。よって、確実に押し当てることができる。
【００５０】
図５の状態となったら、左手用アクチュエータ１３を駆動して、再度、図４の状態にする。すなわち、左手用アクチュエータ１３を駆動して、本体部２０と指板５２とを近づけていく。そして、再度、反押し当て面２１ｂが本体部２０に接触させる。このように、図４に示す状態と、図５に示す状態を交互に繰り返す。すなわち、左手用アクチュエータ１３を駆動して、本体部２０と指板との距離を周期的に変化させる。これにより、シャフト２２と指板５２との距離が近づいたり、離れたりして、押し当て部材２１の回転方向が反転する。従って、押し当て位置がＡ点とＢ点の間を周期的に移動する。このように、押し当て位置がわずかに変化する。例えば、押し当て位置を弦方向に最大７ｍｍ程度変化させることができる。さらに、左手用アクチュエータ１３を、例えば、５〜８Ｈｚ程度で変化させる。これにより、押し当て位置がＡ点とＢ点の間を５〜８Ｈｚで変化する。左手用アクチュエータ１３を駆動しながら、右手部１２で弓５３を弦５１に当接させる。そして、弓５３を往復させると、ビブラート奏法が実施される。なお、ビブラート奏法において、反押し当て面２１ｂと本体部２０を当接させなくてもよい。すなわち、反押し当て面２１ｂとメカリミット３０とで制限される回転角度の間で、押し当て部材２１を回転させればよい。よって、反押し当て面２１ｂと本体部２０とが接触する前に、本体部２０と指板５２から離してもよい。
【００５１】
なお、押し当てを開放するときは、図５に示す状態よりも、さらに本体部２０を指板５２から遠ざける。すなわち、左手用アクチュエータ１３を駆動して、シャフト２２と指板５２との間隔を広くする。これにより、押し当て部材２１が指板５２から離れる。この状態では、メカリミット３０と本体部２０とが当接している。このようにして、押し当てが開放する。
【００５２】
このように、押し当て部材２１を指板５２に近づける左手用アクチュエータ１３によって、押し当て位置を変化させることができる。換言すると、押し当て部材２１を指板５２に近づける駆動軸と、弦方向に押し当て位置を変化させる駆動軸を共通化している。これにより、少ない駆動軸でビブラート奏法を実現することができる。すなわち、ビブラート専用の駆動軸を設けなくてもよいので、装置構成を簡略化することができる。このように、左手用アクチュエータ１３が本体部２０を指板５２に対して近接離間させることによって、ビブラート奏法が実施される。
【００５３】
また、腕用アクチュエータ１７は、押し当て部材２１が左手用アクチュエータ１３の駆動によって指板５２を押し当てることができる位置になるまで、左手部１１を移動させる。すなわち、腕用アクチュエータ１７が左手部１１を駆動すると、押し当て部材２１が左手用アクチュエータ１３の駆動により指板５２を押し当てることができる押し当て可能位置に配置される。そして、左手用アクチュエータ１３を駆動して弦を押し当てる。このように、腕用アクチュエータ１７が左手部１１を移動することによって、接触点の位置決めが行なわれる。そして、接触点の位置決め動作と、ビブラートの動作を別のアクチュエータで行っている。これにより、押し当て部材２１と指板５２との接触点を精度よく位置決めすることができる。すなわち、ビブラート用の駆動軸４０は、左手用アクチュエータ１３となり、接触点を位置決めするための駆動軸は左腕部１５を駆動する腕用アクチュエータ１７となる。位置決め用の駆動軸とビブラート用の駆動軸とを独立して制御することができる。よって、位置決め用の腕用アクチュエータ１７では接触点を精度よく位置決めすることができる。腕用アクチュエータ１７とは別の左手用アクチュエータ１３を駆動することで、ビブラートが行なわれる。よって、簡便にビブラートを実現することができる。
【００５４】
また、ねじりばね２６によって、押し当て部材２１を指板５２の方向に付勢している。これにより、弦５１を指板５２に確実に押し当てることができる。もちろん、ねじりばね２６以外の弾性体によって押し当て部材２１を指板５２に付勢してもよい。
【００５５】
押し当て部材２１の形状は、押し当て位置の可変範囲や押し当て部材２１の回動範囲に応じて、設計することができる。なお、弦楽器演奏マニピュレータは１本以上の指に、上記の機構が設けられていればよい。すなわち、ビブラートの動作が必要な指のみに、上記の機構を設ければよい。また、左手部１１、及び右手部１２は、１以上の指関節が設けられていればよい。なお、指関節を２以上設けてもよい。すなわち、２以上の指関節を駆動して、指部４６を指板５２に近づけてもよい。さらに、指関節は回転関節に限らず、直動関節であってもよい。
【００５６】
なお、上記の例では、バイオリンを演奏するマニピュレータについて説明したが、ビブラート奏法が行われる他の弦楽器を演奏するものであってもよい。例えば、ビィオラ、チェロ、コントラバス、ウッドベースなどの擦弦楽器について演奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットにおける左手部の構成を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットの弦を押し当てる部分の構成を拡大して示す図である。
【図４】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットおいて、指部先端の構成を拡大して示す図である。
【図５】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットおいて、指部先端の構成を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 胴体部、１１ 左手部、１２ 右手部、１３ 左手用アクチュエータ
１４ 右手用アクチュエータ、１５ 右腕部、１６ 左腕部、
１７ 腕用アクチュエータ、１８ センサ、１９ 制御部、
２０ 本体部、２１ 押し当て部材、２１ａ 押し当て面、２１ｂ 反押し当て面、
２２ シャフト、２３ ベアリング、２４ 貫通孔、２５ 挿入穴、２６ ねじりばね、
２７ 孔、２８ 収納溝、２９ 凹溝、３０ メカリミット、
４１ 親指、４２ 人差指、４３ 中指、４４ 薬指、４５ 小指、４６ 指部、
４８ 手の平部、５０ バイオリン、５１ 弦、５２ 指板、５３ 弓、
１００ 弦楽器演奏ロボット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弦楽器を演奏するための弦楽器用マニピュレータ、及びそのマニピュレータを備えた弦楽器演奏ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、テーマパークのアトラクション等で、楽器を演奏するロボットが活躍している。例えば、トランペット等の管楽器を演奏するためのロボットが開示されている（特許文献１参照）。このロボットでは、ピストンを押し下げるための人口指がピストン毎に設けられている。
【特許文献１】特開２００４−３１４１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年では、バイオリンなどの弦楽器を演奏するロボットについても、開発が望まれている。ところで、バイオリンなどの弦楽器では、演奏に深みを持たせるため、ビブラート奏法が用いられる。ビブラート奏法とは、指板に対する弦の押し当て位置を弦方向に変化させるものである。これにより、弦の振動部分の長さが変化して、周波数の変化がおきる、このため、音程を周期的に変えることができる。通常、人間が演奏する場合、手首や肘を動かして、弦の押し当て位置を変化させる。これにより、音程を細かく振動させることができる。
【０００４】
しかしながら、演奏用のロボットで手首関節や肘関節では、駆動する部分が大きくなってしまうため、細かな制御が困難である。また、ビブラート演奏用に新たな軸を増加させると、複雑な制御が必要となってしまう。よって、従来のロボットハンドでは、ビブラート奏法を行なうことが困難であるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、本発明の目的は、簡便にビブラート奏法を行なうことができる弦楽器用マニピュレータ、及び弦楽器演奏ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る弦楽器用マニピュレータは、弦楽器の弦を指板に押し当てる指部を有する弦楽器用マニピュレータであって、前記弦を前記指板に押し当てる押し当て部材と、前記指部に設けられ、前記押し当て部材を保持する本体部と、前記弦を前記押し当て部材により前記指板に押し当てるよう、前記本体部を前記指板に対して近接離間させる第１のアクチュエータと、前記押し当て部材を前記本体部に対して回動可能に支持する支持部材と、前記本体部と前記押し当て部材との間に設けられ、前記押し当て部材を前記指板に押し付ける方向に付勢する弾性体と、を備え、前記押し当て部材が前記指板を押し付けた状態で、前記第１のアクチュエータが前記指板に対して近接離間させることによって、前記押し当て部材が回動して前記弦方向の押し当て位置が変化するものである。これにより、アクチュエータを増やす必要がないため、簡便な構成でビブラート奏法を実施することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る弦楽器用マニピュレータは、上記のマニピュレータであって、前記本体部に当接することによって、前記押し当て部材の回動範囲を制限するストッパが設けられているものである。これにより、速やかに押し当てを開放することができる。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る弦楽器用マニピュレータは、上記のマニピュレータであって、前記第１のアクチュエータが第１のアクチュエータが前記本体部を駆動する方向が可変であるものである。これにより、簡便にビブラート奏法を実施することができる。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る弦楽器演奏ロボットは、上記の弦楽器用マニピュレータと、前記押し当て部材が前記第１のアクチュエータの駆動によって前記指板を押し当てることができる位置になるまで、前記弦楽器用マニピュレータを移動させる第２のマニピュレータとを備えるものである。これにより、簡便にビブラート奏法を実施することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡便にビブラート奏法を行なうことができる弦楽器用マニピュレータ、及び弦楽器演奏ロボットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施の形態にかかる弦楽器用マニピュレータは、弦楽器の弦を指板に押し当てる指部を有する弦楽器用マニピュレータである。弦楽器用マニピュレータは、弦を前記指板に押し当てる押し当て部材と、指部に設けられ、押し当て部材を保持する本体部と、を備えている。また、弦楽器マニピュレータは、押し当て部材を本体部に対して回動可能に支持する支持部材と、弦を押し当て部材により指板に押し当てるように本体部を指板に近接離間させる第１のアクチュエータと、を有している。さらに、弦楽器用マニピュレータは、本体部と押し当て部材との間に設けられ、押し当て部材を指板に押し付ける方向に付勢する弾性体を有している。そして、押し当て部材が指板を押し付けた状態で、第１のアクチュエータが前記指板に対して近接離間させることによって、押し当て部材が回動して弦方向の押し当て位置が変化する。
【００１２】
以下に、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。
【００１３】
本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットについて、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる弦楽器演奏ロボット１００の概略構成を示す図である。弦楽器演奏ロボット１００は、胴体部１０、左手部１１、右手部１２、左手用アクチュエータ１３、右手用アクチュエータ１４、左腕部１５、右腕部１６、腕用アクチュエータ１７、センサ１８、及び制御部１９を備えている。弦楽器演奏ロボット１００は、例えば、図示しない頭部と脚部とを有する人型のヒューマイノイドロボットであってもよい。弦楽器演奏ロボット１００は、両腕、及び両手を駆動して、バイオリン５０を演奏する。このバイオリン５０は、通常のバイオリンに限らず、電子バイオリンであってもよい。
【００１４】
胴体部１０には、左腕部１５、及び右腕部１６が接続されている。左腕部１５、及び右腕部１６は、例えば、６自由度や７自由度のロボットアームである。左腕部１５、及び右腕部１６は、肩関節を介して胴体部１０に取り付けられている。左腕部１５、及び右腕部１６には、肘関節が設けられている。この肘関節は、左腕部１５、及び右腕部１６の上腕と前腕とを連結している。左腕部１５の先端には左手部１１が接続され、右腕部１６の先端には、右手部１２が接続されている。左手部１１、及び右手部１２は、手首関節を介して、左腕部１５、及び右腕部１６にそれぞれ接続されている。
【００１５】
さらに、胴体部１０には、左腕部１５、及び右腕部１６の各関節を駆動する腕用アクチュエータ１７が設けられている。腕用アクチュエータ１７によって、肘関節、肩関節、手首関節が駆動する。腕用アクチュエータ１７としては、例えば、ソレノイドやモータ等を用いることができる。ここでは、腕用アクチュエータ１７として、サーボモータを用いている。なお、腕用アクチュエータ１７を配置する場所は、胴体部１０に限らず、各関節の近傍でもよい。もちろん、自由度の数に応じた数の腕用アクチュエータ１７が設けられている。
【００１６】
左手部１１、及び右手部１２は、複数の指を有するロボットハンドである。例えば、左手部１１、及び右手部１２はそれぞれ、人間の手と同様に、五指を有する。左手部１１には、五指に設けられた指関節を駆動するための左手用アクチュエータ１３が設けられている。同様に、右手部１２には、五指に設けられた指関節を駆動するための右手用アクチュエータ１４が設けられている。なお、１本の指の指関節は１以上であればよい。左手用アクチュエータ１３は、例えば、左手部１１の手の平部に収容され、右手用アクチュエータ１４は、右手部１２の手の平部に収容される。左手用アクチュエータ１３は、左手部１１の指関節を駆動し、右手用アクチュエータ１４は右手部１２の指関節を駆動する。左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４としては、例えば、ソレノイドやモータ等を用いることができる。ここでは、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４としても、サーボモータを用いている。
【００１７】
なお、腕用アクチュエータ１７、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４は自由度に応じた数のモータ等を有している。例えば、左腕部１５、及び右腕部１６が６自由度のロボットアームである場合、それぞれの腕には、６つのモータが設けられる。また、両腕、及び両手の各関節には、サーボモータの動力を伝達するギヤやベルトやプーリなどが設けられていてもよい。
【００１８】
左手部１１、及び右手部１２は、バイオリン５０を演奏する弦楽器演奏マニピュレータである。左手部１１は、バイオリン５０の指板５２部分を把持する。すなわち、左手部１１がバイオリン５０のネック部分を把持して、バイオリン５０を持ち上げる。そして、バイオリン５０のボディーを胴体部１０で保持する。例えば、人間と同様に、頭部の顎部と肩部とでバイオリンのあご当てを挟み込む。これにより、バイオリン５０を安定して保持することができる。もちろん、上記以外の方法で、バイオリン５０を保持してもよい。例えば、弦楽器演奏ロボット１００に、バイオリン保持機構を設けてもよい。
【００１９】
右手部１２は、バイオリン５０の演奏に用いる弓５３を把持する。すなわち、右手部１２で弓５３を操作する。右手部１２が弓５３を把持した状態で、腕用アクチュエータ１７を駆動する。これにより、右腕部１６の関節が駆動し、音を奏でるための弓５３の往復動作が行なわれる。バイオリン５０には、４本の弦５１が設けられている。そして、左手部１１の指の先端が、それぞれの弦５１を指板５２に対して押し当てる。例えば、４本の弦５１が人差指、中指、薬指、親指で、それぞれ押さえられる。これにより、弦５１の振動部分の長さが変化して、音程を調整することができる。左手部１１によって弦５１を指板５２に押し当てた状態で、右手部１２が弓５３によって弦５１を振動させる。具体的には、右手部１２が弓５３のヘアーを弦５１に当接させた状態で、弓５３を弦方向から傾いた方向に移動させる。例えば、弓５３を把持した右手部１２を図１の矢印方向に駆動する。弦５１と弓５３とがこすれ、弦５１が振動する。これにより、弦５１の振動部分の長さに応じた音程の音が奏でられる。
【００２０】
胴体部１０には、各関節の駆動を制御するための制御部１９が設けられている。制御部１９は、腕用アクチュエータ１７、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４の駆動を制御する。制御部１９は、例えば、エンコーダなどのセンサ１８からの出力に応じて、フィードバック制御する。制御部１９による制御は、公知の制御方法を用いることができる。これにより、右手部１２、及び左手部１１が上述のように駆動して、音を奏でることができる。
【００２１】
ここで、制御部１９について詳細に説明する。制御部１９は、演算処理部であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶領域であるＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインターフェースなどを有し、ロボット１の各種動作を制御する。例えば、ＲＯＭには、制御するための制御プログラムや、各種の設定データ等が記憶されている。そして、ＣＰＵは、このＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開する。そして、設定データや、センサ等からの出力に応じてプログラムを実行する。
【００２２】
制御部１９は、演奏する曲に応じて、腕用アクチュエータ１７、左手用アクチュエータ１３、及び右手用アクチュエータ１４の駆動を制御する。例えば、演奏曲に応じて、押し当て位置のパターンを生成する。そして、押し当て位置のパターンに基づいて左手部１１を移動させる。これにより、所定のタイミングで、押し当て位置が所定の位置に変化する。また、演奏曲に応じて、弓５３を移動するタイミングのパターンを生成する。そして、このタイミングパターンに応じて弓５３の往復動作を制御する。これにより、所定の音程が所定のタイミングで奏でられていき、演奏することができる。なお、本実施の形態において、弦楽器演奏ロボット１００が行なう演奏とは、完全な曲の演奏に限らず、少なくとも１つの音程の音が奏でられるものであればよい。
【００２３】
さらに、本実施の形態では、左手部１１を駆動することによって、ビブラート奏法を行なうことができる。すなわち、制御部１９が左手部１１の駆動を制御することで、弦５１の押し当て位置が弦方向に変化する。ビブラート奏法を行なうため、弦方向の押し当て位置を周期的にずらす。具体的には、７Ｈｚで押し当て位置を変化させる。これにより、音程をわずかに変化させることができる。ある音を出すときに、その音を基準に音を震わせることができる。ビブラート奏法を行なうことで、音に深みを持たせることができる。
【００２４】
次に、本実施の形態の特徴部分である左手部１１について説明する。図２を左手部１１の構成を模式的に示す斜視図である。図２では、左手部１１がバイオリン５０の指板５２部分を保持した状態を示している。左手部１１は、指と、手の平部４８とを有している。ここでは、左手部１１が五指を有しているとして説明する。すなわち、手の平部４８には、親指４１、人差指４２、中指４３、薬指４４、及び小指４５が接続されている。もちろん、指の数は、６以上であってもよく、４以下であってもよい。
【００２５】
左手部１１の手の平部４８に指板５２部分が載置される。指板５２の裏面、すなわち、指板５２の弦５１と反対側の面は手の平部４８と接触する。そして、指板５２が左手部１１の指によって挟まれている。すなわち、親指４１が指板５２の片側に配置され、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５がもう片側に配置される。人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５は所定の間隔を隔てて配置されている。このように、左手部１１は、バイオリン５０の指板５２部分を掴んでいる。そして、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５が４本の弦５１をそれぞれ押え付ける。これにより、弦５１が指板５２に押し当てられる。
【００２６】
人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５は、駆動軸４０を介して回転可能に支持されている。この駆動軸４０が左手用アクチュエータ１３によって駆動される指関節の回転軸となる。人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５の駆動軸４０は平行になっている。さらに、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５の駆動軸４０は一致している。また、駆動軸４０を弦方向と略平行にしている。駆動軸４０は各指の根元近傍に設けられている。駆動軸４０を介して各指が手の平部４８に対して連結される。
【００２７】
左手用アクチュエータ１３を駆動すると、駆動軸４０を回転軸として指関節が回転する。従って、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、人差指４２、中指４３、薬指４４、小指４５が手の平部４８に対して回転する。制御部１９が左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することにより、指関節の回転角度が変化する。これにより、各指の先端が指板５２の裏面側に配置された手の平部４８に対して近づいたり、離れたりする。各指の先端を手の平部４８に近づけると、各指の先端が指板５２に近づく。これにより、弦５１を指板５２に押し当てることができる。また、各指の先端を手の平部４８から遠ざけると、各指の先端が指板５２から離れていく。これにより、弦５１の押し当てを開放することができる。なお、左手用アクチュエータ１３は、それぞれの指を独立して駆動する。
【００２８】
このように、左手用アクチュエータ１３が駆動すると、駆動軸４０に対する指の回転角度が変化する。よって、制御部１９が左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することによって、所定のタイミングで弦を押し当てることができる。さらに、左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することによって、弦５１を指板５２に押し付ける力を制御することができる。すなわち、左手用アクチュエータ１３を高いトルクで駆動すると、指が指板５２を強い力で押し付ける。よって、指が弦５１を指板５２に押し付ける力が強くなる。
【００２９】
なお、指板５２に対して押え付ける弦５１の選択は、腕用アクチュエータ１７によって行なわれる。すなわち、腕用アクチュエータ１７が左腕部１５の肘関節や手首関節等を駆動する。これにより、指の先端と弦５１との接触位置が弦方向と垂直方向であって、指板５２上を横切る方向にずれる。すなわち、４本の弦５１が配列されている方向に指の先端が移動される。これにより、４本の弦５１の中から、指板５２に押し当てる弦５１を選択することができる。押し当てる弦５１を選択する場合、例えば、駆動軸４０と平行な軸の関節を駆動する。また、ビブラート奏法以外で弦５１を押し当てる位置を変化させる時も、腕用アクチュエータ１７を用いる。この場合、駆動軸４０と傾斜する軸の関節を用いる。例えば、駆動軸４０と直交する軸の関節を駆動して、押し当て位置を変化させる。これにより、左手部１１が弦方向に移動するため、押し当て位置を変化させることができる。すなわち、左手部１１が指板５２に沿って移動する。よって、所望の音程の音が奏でられるように、弦５１を押し当てることができる。
【００３０】
ある音を奏でるときの指の先端と弦５１が最初に接触する位置を接触点とする。この接触点は腕用アクチュエータ１７の駆動することによって、変化する。すなわち、腕用アクチュエータ１７が接触点の位置決めを行なう。そして、位置決めされた状態で、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、弦５１方向と垂直な方向に指の先端が駆動する。これにより、指の先端が弦５１に近づいていき、所定の接触点で弦５１と指が接触する。さらに、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、接触点に応じた位置で弦５１が指板５２に押し当てられる。具体的には、腕用アクチュエータ１７を駆動して、弦５１の押し当て位置の略直上に指の先端を配置する。そして、左手用アクチュエータ１３を駆動して、指の先端を弦に近づける。弦５１と指の先端が接触する。さらに、左手用アクチュエータ１３を駆動すると、弦５１が指板５２に押し当てられる。左手用アクチュエータ１３は指の先端を弦方向と垂直な方向に移動させることが好ましい。このため、左手用アクチュエータ１３が本体部２０を駆動する方向が可変であることが望ましい。これにより、接触点の位置決めを容易に行うことができる。よって、正確な位置で弦５１が押し当てられる。接触点に応じた音程が奏でられるため、音程の制御を容易に行うことができる。
【００３１】
一方、ビブラート奏法を行なうとき、左手用アクチュエータ１３を駆動させる。すなわち、制御部１９が左手用アクチュエータ１３の駆動を制御することによって、ビブラート奏法が行われ、押し当て位置が変化する。人差指４２の先端には、押し当て位置を可変にするための回転軸となるシャフト２２が設けられている。もちろん、人差指４２以外の指にも同様に、シャフトが設けられていても良い。そして、駆動軸４０を回転軸として、指関節を回転させる。これにより、指の先端が指板５２に近づいていく。指の先端に設けられた押し当て部材がシャフト２２を回転軸として回転する。これにより、押し当て位置が変化する。以下にビブラート奏法を行なうために指の先端部分に設けられた機構について、詳細に説明する。なお、以下の説明では、弦を指板に押し当てる指を指部と称している。指部は、いずれの指であってもよい。
【００３２】
図３乃至図５を用いて、ビブラート奏法を行うための指部について説明する。図３は、指部４６の先端周辺の構成を示す分解斜視図である。図４、及び図５は、指部４６が、指板５２を押え付けている様子を示す斜視図である。図４（ａ）は、指部４６が、指板５２に弦５１を押し当てている様子を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態における指部先端の構成の一部を模式的に示す側面図である。図５（ａ）は、指部４６が、指板５２に弦５１を押し当てている様子を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ｂ）の状態における指部の一部の構成を模式的に示す側面図である。なお、図４と図５とでは、押し当て位置が変化している。
【００３３】
まず、図３を参照して指部４６の構造について説明する。図３に示すように、指部４６は、本体部２０、押し当て部材２１、シャフト２２、ベアリング２３、ねじりばね（トーションばね）２６を有している。本体部２０は、収納溝２８、孔２７、及び挿入穴２５を有している。押し当て部材２１は、メカリミット３０、貫通孔２４、及び凹溝２９を有している。なお、図３では、本体部２０の内部構成を示すため、本体部２０を透視して示している。
【００３４】
本体部２０の先端には、弦５１を指板５２に押し当てる押し当て部材２１が配置される。押し当て部材２１は、指部４６の先端に配置される駒状部材である。押し当て部材２１は、例えば、プラスチックなどの樹脂によって形成されている。図３では、押し当て部材２１の下側が弦５１と当接する。よって、押し当て部材２１の下側が弦５１を指板５２に押し当てる押し当て側となる。ここで、押し当て部材２１の押し当て側の面を押し当て面２１ａとし、押し当て面２１ａと反対側の面を反押し当て面２１ｂとする。押し当て部材２１は押し当て側と反対側が切り欠かれた略楕円柱状になっている。押し当て部材２１の押し当て面２１ａは曲面となる。押し当て部材２１の押し当て側の曲面が扁平している。押し当て部材２１の押し当て面２１ａは扁平した曲面になり、反押し当て面２１ｂは略平面になっている。
【００３５】
押し当て部材２１には、貫通孔２４が設けられている。この貫通孔２４にシャフト２２が挿入される。さらに、押し当て部材２１の貫通孔２４の両側にはベアリング２３が配設されている。すなわち、２つのベアリング２３間に押し当て部材２１が配置される。ベアリング２３は、貫通孔２４に対応して設けられている。シャフト２２は、ベアリング２３を介して押し当て部材２１を回転可能に支持している。具体的には、本体部２０の収納溝２８に押し当て部材２１が嵌め込まれる。そして、ベアリング２３、及び貫通孔２４にシャフト２２が挿入される。シャフト２２は、押し当て部材２１を本体部２０に対して回動可能に支持する支持部材である。
【００３６】
このシャフト２２は、駆動軸４０から傾斜する方向になっている。従って、シャフト２２は、弦方向と傾いた方向に設けられている。例えば、駆動軸４０とシャフト２２とは直交している。この場合、弦方向とシャフト２２とは直交する。ここで、シャフト２２の方向を押し当て部材２１の厚さ方向とする。押し当て部材２１は、厚さ方向の中央付近で弦を押し当てる。シャフト２２は、押し当て部材２１の偏心位置に設けられている。図３では、厚さ方向と垂直な平面において、貫通孔２４、及びシャフト２２の位置が、押し当て部材２１の中心位置から右側に片寄っている。すなわち、回転軸が押し当て部材２１の右側に偏心している。シャフト２２を回転軸として押し当て部材２１が回転すると、以下に詳述する通り、押し当て位置が変化する。
【００３７】
本体部２０の先端側には、収納溝２８が形成されている。この収納溝２８に、押し当て部材２１が収納される。収納溝２８は、押し当て部材２１の反押し当て側に応じた形状となっている。すなわち、収納溝２８は、押し当て部材２１に反押し当て面２１ｂに沿って形成されている。さらに、収納溝２８は、シャフト２２を挿入するための挿入穴２５と連通している。挿入穴２５は収納溝２８の両側に設けられる。これにより、シャフト２２を本体部２０に挿入することができる。また、収納溝２８は、ねじりばね２６の端部が挿入される孔２７と連通している。図３において、孔２７は上方に延びている。このように、本体部２０の収納溝２８には、挿入穴２５、及び孔２７が接続されている。本体部２０と押し当て部材２１が、押し当て部材２１の厚さ方向のクリアランスを有するように、収納溝２８が形成されている。これにより、シャフト２２を回転軸として、押し当て部材２１を回転させることができる。
【００３８】
また、収納溝２８には、ねじりばね２６が収納される。従って、本体部２０は、押し当て部材２１、及びねじりばね２６を収納するケースとなる。ねじりばね２６は、例えば、金属棒を螺旋状にねじることによって形成される。すなわち、金属棒をコイル状に回転させていくことにより、ねじりばね２６が形成される。ねじりばね２６は、コイルの中心軸まわりに荷重を受けるばねである。コイルの両端は、通常、所定の開き角になっている。ねじりばね２６は、コイル両端に設けられた端部の開き角に応じた弾性力を発生する弾性体である。ねじりばね２６の開き角を狭くすると、開き角を広げる方向に弾性力が生じる。ねじりばね２６のコイルの中に、シャフト２２が挿入される。例えば、ねじりばね２６のコイルの中心軸にシャフト２２を配置する。従って、ねじりばね２６の両端のうちの一端が孔２７に挿入される。
【００３９】
ねじりばね２６のコイル部分は、押し当て部材２１の凹溝２９内に配置される。凹溝２９は、貫通孔２４と連通している。凹溝２９は、押し当て部材２１の厚さ方向の中央付近に形成されている。そして、ねじりばね２６の一端が孔２７の内部で本体部２０と当接し、他端が凹溝２９内で押し当て部材２１に当接する。このように、ねじりばね２６は、押し当て部材２１と本体部２０との間に配置される。
【００４０】
ねじりばね２６は、押し当て部材２１を指板５２に押し付ける方向に付勢する。すなわち、押し当て部材２１はねじりばね２６の弾性力によって、矢印Ｃの方向に付勢されている。ねじりばね２６の弾性力によって、押し当て部材２１が所定の回転角度になる。これにより、本体部２０と押し当て部材２１の反押し当て面２１ｂとの間に、隙間が生じる。シャフト２２よりも左側において、押し当て部材２１と本体部２０との間に隙間が生じていることになる。そして、ねじりばね２６の開き角が変わると、押し当て部材２１の回転角度が変化する。すなわち、押し当て部材２１の回転角度は、ねじりばね２６の開き角に応じた値となる。そして、押し当て部材２１が回転すると、反押し当て面２１ｂと本体部２０との隙間が変化する。
【００４１】
押し当て部材２１が弦５１を指板５２に押し付けると、押し当て部材２１は指板５２から反力を受ける。この反力とねじりばね２６の弾性力がつりあう位置で、押し当て部材２１の回転が停止する。このとき、押し当て部材２１はねじりばね２６によって指板５２の方向に付勢されている。よって、弦５１を確実に指板５２に対して押し当てることができる。押し当て部材２１が指板５２をさらに押し付けると、指板５２が押し当て部材２１を押し付ける力がさらに強くなる。これにより、力のつり合い位置が変化して、ねじりばね２６の開き角度が狭くなっていく。よって、押し当て部材２１の回転角度が矢印Ｃと反対方向に回転する。押し当て部材２１の反押し当て面２１ｂと本体部２０との隙間が小さくなり、ねじりばね２６の開き角が小さくなる。このように、押し当て部材２１が弦５１を指板５２に対して押し付ける力が変化すると、ねじりばね２６の開き角が変わる。そして、押し当て部材２１の回転角度が変化する。
【００４２】
また、ねじりばね２６の開き角はメカリミット３０によって制限されている。すなわち、メカリミット３０が本体部２０と当接することによって、ねじりばね２６の開き角が制限される。これにより、ねじりばね２６の開き角がある一定以上大きくならない。すなわち、メカリミット３０が本体部２０と当接するまでは、開き角を狭くすることができる。このように、メカリミット３０は、ねじりばね２６の開き角が広がる方向の回転を制限している。メカリミット３０が本体部２０に当接すると、矢印Ｃの方向に回転に制限がかかる。
【００４３】
一方、反押し当て面２１ｂがねじりばね２６の両端が狭くなる方向の開き角を制限している。すなわち、反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接することによって、ねじりばね２６の開き角が制限される。これにより、ねじりばね２６の開き角がある一定以上小さくならない。すなわち、反押し当て面２１ｂは、ねじりばね２６の開き角が狭くなる方向の回転を制限している。反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接するまでは、開き角を狭くすることができる。
【００４４】
メカリミット３０で制限される回転角度と反押し当て面２１ｂで制限される回転角度の間、ねじりばね２６は常時、押し当て部材２１に弾性力を付与している。すなわち、メカリミット３０を設けることによって、ねじりばね２６は、常時、開き角を広げる方向に弾性力を発生させている。このようにするため、メカリミット３０はねじりばね２６の開き角が広がらないように制限する。具体的には、メカリミット３０が本体部２０に接触している状態の開き角を、ねじりばね２６に何ら力が加わっていない状態での開き角よりも狭い角度にする。これにより、ねじりばね２６が常時、押し当て部材２１に対して付勢力を発生させる。押し当て部材２１には、シャフト２２を支点として指板５２の方向に付勢力がかかっている。すなわち、反押し当て面２１ｂと本体部２０の隙間が広くなる方向に、押し当て部材２１が付勢されている。
【００４５】
従って、押し当て部材２１が指板５２に接触した状態で、本体部２０をさらに指板５２に押し付けていくと、押し当て部材２１が矢印Ｃと反対方向に回転する。そして、反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接したところで、矢印Ｃと反対方向の回転が止まる。シャフト２２を回転軸とする押し当て部材２１の回転角度が制限される。一方、反押し当て面２１ｂが本体部２０と当接した状態で、本体部２０を指板５２から離していくと、押し当て部材２１が矢印Ｃの方向に回転する。これにより、ねじりばね２６の開き角が徐々に広くなっていく。そして、メカリミット３０と本体部２０とが当接すると、回転が停止する。ここでは、押し当て部材２１と本体部２０とが完全に離れる。これにより、シャフト２２を回転軸とする押し当て部材２１の回転角度が制限される。メカリミット３０を設けることにより、押し当てを速やかに開放することができる。このように、反押し当て面２１ｂとメカリミット３０が回転を制限するストッパとして機能する。反押し当て面２１ｂ、及びメカリミット３０は、押し当て部材２１に本体部２０に当接することによって、押し当て部材２１の回動範囲を限定するストッパとなる。
【００４６】
押し当て部材２１の押し当て面２１ａは、扁平した曲面となっている。さらに、シャフト２２が押し当て部材２１の偏心位置に設けられている。従って、押し当て部材２１の回転角度が変わると、本体部２０の先端から押し当て面２１ａの先端までの距離が変化する。また、押し当て部材２１の回転角度が変わると、弦方向の押し当て位置が変化する。
【００４７】
押し当て部材２１が弦５１を指板５２に押し当てている状態を図４、及び図５を用いて説明する。図４は、反押し当て面２１ｂが本体部２０に当接している状態を示している。図５は、図４の状態から、本体部２０を指板５２から遠ざけた状態を示している。また、図４（ｂ）、及び図５（ｂ）では、本体部２０と押し当て部材２１との位置関係を模式的に示している。ビブラート奏法を行なう場合、指部４６は、図４の状態と、図５の状態とを繰り返す。図４、及び図５の状態では、指板５２と押し当て部材２１との間に、弦５１が挟まれている。
【００４８】
図４では、押し当て部材２１が略完全に本体部の収納溝２８に収納されている。ここで、押し当て部材２１が弦５１を指板５２に押し当てている押し当て位置はＡ点になる。そして、ねじりばね２６は、矢印Ｄと反対方向に押し当て部材２１を付勢している。これにより、確実に弦５１を指板５２に押し当てることができる。ここでは、反押し当て面２１ｂが本体部２０に当接しているため、これ以上、押し当て部材が矢印Ｄの方向に回転しない。従って、正確な押し当て位置で押し当てることができる。すなわち、押し当て位置の位置ずれを抑制することができる。ビブラート奏法を行なわないときは、図４に示す状態で、弦５１を指板５２に押し当てる。そのため、まず、左手用アクチュエータ１３を駆動して、本体部２０を指板５２に近づけていく。指部４６が矢印Ｅの方向に移動する。これにより、押し当て部材２１が矢印Ｄの方向に回転して、ねじりばね２６の開き角が徐々に狭くなっていく。図４（ｂ）において、ねじりばね２６はシャフト２２よりも左側において、押し当て部材２１を付勢している。このように、弦方向において、押し当て部材２１がねじりばね２６により付勢されている位置と、シャフト２２の位置とは、ずれている。反押し当て面２１ｂが本体部２０に当接したら、左手用アクチュエータ１３の駆動を停止する。これにより、反押し当て面２１ｂが本体部と当接した状態となる。よって、押し当て位置の位置精度を向上することができる。図４（ｂ）に示す状態では、押し当て部材２１の指板側の先端が本体部２０の指板側の先端に最も近くなっている。
【００４９】
図４に示す状態では、本体部２０と指板５２との距離が最も近くなっている。換言すると、シャフト２２が指板５２に最も接近している。ビブラート奏法を実施するとき、左手用アクチュエータ１３を駆動して、図４の状態と図５の状態を交互に繰り返す。そのため、まず、図４に示す状態から、本体部２０と指板５２とを離すように、左手用アクチュエータ１３を駆動する。すなわち、図５の矢印Ｆの方向に指部４６を駆動して、図５に示す状態とする。図５（ｂ）の状態における本体部２０と指板５２との距離は、図４（ｂ）の状態における本体部２０と指板５２との距離よりも、広くなっている。換言すると、シャフト２２と指板５２との距離が広くなる。これにより、押し当て部材２１が矢印Ｃの方向に回転する。すなわち、偏心位置に設けられたシャフト２２を回転軸として、押し当て部材２１が回転する。押し当て部材２１の一部が本体部２０の収納溝２８からはみ出す。これにより、押し当て位置がＡ点からＢ点にずれる。すなわち、押し当て位置が弦方向に変化する。また、押し当て部材２１には、ねじりばね２６によって、指板５２を押し付ける方向の付勢力が与えられている。なお、この状態では、メカリミット３０が本体部２０に当接されていない。よって、確実に押し当てることができる。
【００５０】
図５の状態となったら、左手用アクチュエータ１３を駆動して、再度、図４の状態にする。すなわち、左手用アクチュエータ１３を駆動して、本体部２０と指板５２とを近づけていく。そして、再度、反押し当て面２１ｂが本体部２０に接触させる。このように、図４に示す状態と、図５に示す状態を交互に繰り返す。すなわち、左手用アクチュエータ１３を駆動して、本体部２０と指板との距離を周期的に変化させる。これにより、シャフト２２と指板５２との距離が近づいたり、離れたりして、押し当て部材２１の回転方向が反転する。従って、押し当て位置がＡ点とＢ点の間を周期的に移動する。このように、押し当て位置がわずかに変化する。例えば、押し当て位置を弦方向に最大７ｍｍ程度変化させることができる。さらに、左手用アクチュエータ１３を、例えば、５〜８Ｈｚ程度で変化させる。これにより、押し当て位置がＡ点とＢ点の間を５〜８Ｈｚで変化する。左手用アクチュエータ１３を駆動しながら、右手部１２で弓５３を弦５１に当接させる。そして、弓５３を往復させると、ビブラート奏法が実施される。なお、ビブラート奏法において、反押し当て面２１ｂと本体部２０を当接させなくてもよい。すなわち、反押し当て面２１ｂとメカリミット３０とで制限される回転角度の間で、押し当て部材２１を回転させればよい。よって、反押し当て面２１ｂと本体部２０とが接触する前に、本体部２０と指板５２から離してもよい。
【００５１】
なお、押し当てを開放するときは、図５に示す状態よりも、さらに本体部２０を指板５２から遠ざける。すなわち、左手用アクチュエータ１３を駆動して、シャフト２２と指板５２との間隔を広くする。これにより、押し当て部材２１が指板５２から離れる。この状態では、メカリミット３０と本体部２０とが当接している。このようにして、押し当てが開放する。
【００５２】
このように、押し当て部材２１を指板５２に近づける左手用アクチュエータ１３によって、押し当て位置を変化させることができる。換言すると、押し当て部材２１を指板５２に近づける駆動軸と、弦方向に押し当て位置を変化させる駆動軸を共通化している。これにより、少ない駆動軸でビブラート奏法を実現することができる。すなわち、ビブラート専用の駆動軸を設けなくてもよいので、装置構成を簡略化することができる。このように、左手用アクチュエータ１３が本体部２０を指板５２に対して近接離間させることによって、ビブラート奏法が実施される。
【００５３】
また、腕用アクチュエータ１７は、押し当て部材２１が左手用アクチュエータ１３の駆動によって指板５２を押し当てることができる位置になるまで、左手部１１を移動させる。すなわち、腕用アクチュエータ１７が左手部１１を駆動すると、押し当て部材２１が左手用アクチュエータ１３の駆動により指板５２を押し当てることができる押し当て可能位置に配置される。そして、左手用アクチュエータ１３を駆動して弦を押し当てる。このように、腕用アクチュエータ１７が左手部１１を移動することによって、接触点の位置決めが行なわれる。そして、接触点の位置決め動作と、ビブラートの動作を別のアクチュエータで行っている。これにより、押し当て部材２１と指板５２との接触点を精度よく位置決めすることができる。すなわち、ビブラート用の駆動軸４０は、左手用アクチュエータ１３となり、接触点を位置決めするための駆動軸は左腕部１５を駆動する腕用アクチュエータ１７となる。位置決め用の駆動軸とビブラート用の駆動軸とを独立して制御することができる。よって、位置決め用の腕用アクチュエータ１７では接触点を精度よく位置決めすることができる。腕用アクチュエータ１７とは別の左手用アクチュエータ１３を駆動することで、ビブラートが行なわれる。よって、簡便にビブラートを実現することができる。
【００５４】
また、ねじりばね２６によって、押し当て部材２１を指板５２の方向に付勢している。これにより、弦５１を指板５２に確実に押し当てることができる。もちろん、ねじりばね２６以外の弾性体によって押し当て部材２１を指板５２に付勢してもよい。
【００５５】
押し当て部材２１の形状は、押し当て位置の可変範囲や押し当て部材２１の回動範囲に応じて、設計することができる。なお、弦楽器演奏マニピュレータは１本以上の指に、上記の機構が設けられていればよい。すなわち、ビブラートの動作が必要な指のみに、上記の機構を設ければよい。また、左手部１１、及び右手部１２は、１以上の指関節が設けられていればよい。なお、指関節を２以上設けてもよい。すなわち、２以上の指関節を駆動して、指部４６を指板５２に近づけてもよい。さらに、指関節は回転関節に限らず、直動関節であってもよい。
【００５６】
なお、上記の例では、バイオリンを演奏するマニピュレータについて説明したが、ビブラート奏法が行われる他の弦楽器を演奏するものであってもよい。例えば、ビィオラ、チェロ、コントラバス、ウッドベースなどの擦弦楽器について演奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットにおける左手部の構成を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットの弦を押し当てる部分の構成を拡大して示す図である。
【図４】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットおいて、指部先端の構成を拡大して示す図である。
【図５】本実施の形態に係る弦楽器演奏ロボットおいて、指部先端の構成を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 胴体部、１１ 左手部、１２ 右手部、１３ 左手用アクチュエータ
１４ 右手用アクチュエータ、１５ 右腕部、１６ 左腕部、
１７ 腕用アクチュエータ、１８ センサ、１９ 制御部、
２０ 本体部、２１ 押し当て部材、２１ａ 押し当て面、２１ｂ 反押し当て面、
２２ シャフト、２３ ベアリング、２４ 貫通孔、２５ 挿入穴、２６ ねじりばね、
２７ 孔、２８ 収納溝、２９ 凹溝、３０ メカリミット、
４１ 親指、４２ 人差指、４３ 中指、４４ 薬指、４５ 小指、４６ 指部、
４８ 手の平部、５０ バイオリン、５１ 弦、５２ 指板、５３ 弓、
１００ 弦楽器演奏ロボット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弦楽器の弦を指板に押し当てる指部を有する弦楽器用マニピュレータであって、
前記弦を前記指板に押し当てる押し当て部材と、
前記指部に設けられ、前記押し当て部材を保持する本体部と、
前記弦を前記押し当て部材により前記指板に押し当てるよう、前記本体部を前記指板に対して近接離間させる第１のアクチュエータと、
前記押し当て部材を前記本体部に対して回動可能に支持する支持部材と、
前記本体部と前記押し当て部材との間に設けられ、前記押し当て部材を前記指板に押し付ける方向に付勢する弾性体と、を備え、
前記押し当て部材が前記指板を押し付けた状態で、前記第１のアクチュエータが前記本体部を前記指板に対して近接離間させることによって、前記押し当て部材が回動して前記弦方向の押し当て位置が変化する弦楽器用マニピュレータ。
【請求項２】
前記本体部に当接することによって、前記押し当て部材の回動範囲を制限するストッパが設けられている請求項１に記載の弦楽器用マニピュレータ。
【請求項３】
前記第１のアクチュエータが前記本体部を駆動する方向が可変である請求項１、又は２に記載の弦楽器用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の弦楽器用マニピュレータと、
前記押し当て部材が前記第１のアクチュエータの駆動によって前記指板を押し当てることができる位置になるまで、前記弦楽器用マニピュレータを移動させる第２のアクチュエータと、を備える弦楽器演奏ロボット。
【請求項１】
弦楽器の弦を指板に押し当てる指部を有する弦楽器用マニピュレータであって、
前記弦を前記指板に押し当てる押し当て部材と、
前記指部に設けられ、前記押し当て部材を保持する本体部と、
前記弦を前記押し当て部材により前記指板に押し当てるよう、前記本体部を前記指板に対して近接離間させる第１のアクチュエータと、
前記押し当て部材を前記本体部に対して回動可能に支持する支持部材と、
前記本体部と前記押し当て部材との間に設けられ、前記押し当て部材を前記指板に押し付ける方向に付勢する弾性体と、を備え、
前記押し当て部材が前記指板を押し付けた状態で、前記第１のアクチュエータが前記本体部を前記指板に対して近接離間させることによって、前記押し当て部材が回動して前記弦方向の押し当て位置が変化する弦楽器用マニピュレータ。
【請求項２】
前記本体部に当接することによって、前記押し当て部材の回動範囲を制限するストッパが設けられている請求項１に記載の弦楽器用マニピュレータ。
【請求項３】
前記第１のアクチュエータが前記本体部を駆動する方向が可変である請求項１、又は２に記載の弦楽器用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の弦楽器用マニピュレータと、
前記押し当て部材が前記第１のアクチュエータの駆動によって前記指板を押し当てることができる位置になるまで、前記弦楽器用マニピュレータを移動させる第２のアクチュエータと、を備える弦楽器演奏ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２２９８１２（Ｐ２００８−２２９８１２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７６３８９（Ｐ２００７−７６３８９）
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２３日（２００７．３．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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