bFaaaP：ピアノペダル制御システムの必要要件

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）

2018.11.25

• 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

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• 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）

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• 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。

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• 「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。

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• 「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。

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• 「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。

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