bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件〈9535〉

ピアノペダルを制御する場合、bFaaaPは大きく、ふたつのパートに分けられます。ひとつは、メガメフレームなどを用い、頭に装着する「モーションセンサ」。そして、ピアノペダルの前に設置する、「アクチエータ」です。ピアノペダル制御システムの必要要件です。

bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件

bFaaaPとは、足に障害を持つチャレンジドや、小さな子どもたちが、ピアノなどのペダル操作をできる様にする、補助ペダルシステムです。「barrier-Free assist as a Pedal」から、名付けました。現在、PCT国際特許(英文)出願中です( 2018.11.25)


bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件

  • ピアノペダル制御システムの必要要件
    • 頭や上半身の身体的動作を検出して、ペダルを操作できること
    • ピアノ演奏だけでなく、歌唱にも支障を与えないこと
    • 入手しやすい部品で、容易に製作できること

bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件

  • モーションセンサの説明
    • 「角度センサ部」
      • 物理的傾斜変化を検出し、アナログ電圧もしくはデジタル値として、データ処理部に送る。
    • 「データ処理部」
      • 角度センサ部より得られたデータに、フィルター処理を行い、ノイズ・ドリフトの軽減する。
      • その後、アクチエータの駆動部制御に適した処理を行った後、通信部に送る。
      • 「オフセット値」を加算し、得られた値の正の値に、「倍率」を掛け、上限値設けて次の処理に渡す。
    • 「通信部・送信」
      • アクチエータの駆動部に制御データを送るため、有線、無線等を使って送信する(各送信方式に合った規格、プロトコル(手順)処理を行う)

bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件

  • アクチエータの説明
    • 「通信部・受信」
      • 有線、無線等を使って受信する部分で、各方式に合った規格、プロトコル(手順)処理を行う。
    • 「駆動処理部」
      • 「オフセット値(駆動部の動作開始点)」と、「動作幅」を設定する。
      • 受信部より得られた、データの0から上限値を動作幅に写像する処理を行い、駆動部に制御値データを渡す。
    • 「駆動部」
      • モーションセンサの駆動処理部から与えられた、データ値に従って、駆動する。

bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件

  • 「角度センサー部」→ MPU9250
    • 角度センサー部の必要要件
      • 必要精度を持つこと
      • 身体の動作に負担を掛けないこと
      • 耐久性が有る事
      • 歌えること
      • 小型であること
      • 入手が容易であること
      • 安価であること
    • 上記必要要件より、ボリュームにより身体の変位を検出する方法が考えられるが、身体への接触が避けられず、違和感を感じてしまい、耐久性も劣る。
    • そこで、非接触で角度検出を行うセンサとして、6軸センサ(加速度、角速度)及び、9軸センサ(加速度、角速度、地磁気)を用いて、角度検出を行った。
    • その結果、9軸センサがノイズ・ドリフトが少なく、比較的安価に入手可能な角度センサーとして、MPU9250(TDK)を採用することにした。
    • MPU9250(TDK)をモジュール化したボードを、筐体に納めることにした。

bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件

  • 「データ処理部」「通信部・送信」→ ESP32
    • データ処理部、通信部・送信の必要要件
      • 角度センサーからのデータを、遅滞なく処理出来ること
      • 小型であること
      • 消費電力が少ないこと
      • 通信部を包含していること
      • 「アナログ - デジタル変換回路」を、2つ以上有すること
      • 汎用デジタルポートを必要数有すること
      • I2C(Inter-Integrated Circuit)通信ポートを有すること(角度センサ部との通信)
      • ディバッグが容易に出来ること
      • 電池駆動が出来ること
    • 上記必要要件より、比較的プログラム開発が容易なマイクロコントローラ、ESP32(Espressif Systems)を採用した。
    • ESP32(Espressif Systems)をモジュール化したESP32-DevKitCボードを、筐体に納めることにした。
    • 通信は、有線(シリアル通信)、無線(Bluetooth BLE)などを使用する。

bFaaaP:ピアノペダル制御システムの必要要件

  • 「通信部・受信」「駆動処理部」
    • 通信部・受信、駆動処理部の必要要件
      • 消費電力が少ないこと
      • 通信部を包含していること
      • 「アナログ - デジタル変換回路」を、2つ以上有すること
      • 汎用デジタルポートを必要数有すること
      • ディバッグが容易に出来ること
      • 電池駆動が出来ること
    • 上記必要要件より、開発環境を揃えるため、角度処理部と同じ、ESP32(Espressif Systems)を採用した。
    • 通信は、有線(シリアル通信)、無線(Bluetooth BLE)などを使用する。