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サンシン(沖縄三味線)演奏ロボットのコントロール: University of the Ryukyus Repository

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Title

サンシン(沖縄三味線)演奏ロボットのコントロール

Author(s)

伊波, 善清; 山城, 毅

Citation

琉球大学工学部紀要(61): 79-83

Issue Date

2001-03

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/1473

Rights

(2)

琉球大学工学部紀要第61号,2001年 79

サンシン(沖縄三味制演奏ロボットのコントロール

伊波善清*

山城毅*

HowtocontrolofthePerfOImanceRobotontheSANSHnV

ZenseimA*andTsuyoShiYAMASHmO*

SImIMAnY

TheamusementrobotsaremorerequiredfOrpeoplewholiveinahardandstressfill

wolldnleserobotsgiveapeacefUllifeandcontエibutetomentalhealth・SANSHINisa

hetless3-stringsmusicalinstrument、ThisinstrumentcametoRyukyu(o1dnameofOkinawa

islan。)fmmChinamorcthan600yearsagQThemusicalinstruments,suchasstmgedand

pemussioninstruments,arealsoveryusefUlandnecessaryfbrOkinawanmusicanddance・

TherefOreSANSHmisverymuchintertwinedwithOkinawantmdition,andSANSHIN

givesOkinawanpeopleapeaceofmmdandacomfbrtablefeelingWebelievethiskindof

perfbnnancerObotisalsousefUlfbryoungpeople,becauseitcI℃atesaninteI℃stinscience

andlocalculture

Thispaperexplainshowtocontroltheelectmmagneticactuato1sandsteppingmotorsof

thissystem・WeusedMachineLanguage,becausetomakeaprecisionmachineeⅨpected

exacttimewithclocklikeisnotsuitab1ebytheHigd】Levellanguagemledevelopmentwith

MachineLanguageiscomplicated,butinthiswaywecancontzoltheBachi(piCl0with

accumcyofthetimel[ms]、

KeyWord8:Okinawanmdition,Sanshin,Amusementrobots,Music3Uinstrument,Precisionmachine 1.はじめに 1980年頃から急速に導入された産業用ロボット は,人手不足に対処し労働の代替装置として,人 間社会に貢献してきた。近年,このような生産の ためのロボットから人の心を癒し,安らぎを与え るアミューズメント&エンタテイメントロポット が注目されるようになってきた[1]~[3]・ 一見感情を持っているように思えるペットロボ ットも種々開発されているが,このように人々の 興味を引くロボットとして楽器を演奏するエンタ テイメントロボットが有り,日本ロボット学会主 催のロボット音楽シンポジウム[9]とロボット音 楽会が明治大学中央校舎で開催され(1995年11月) 好評であった。このように労働の代替装置である 生産機械のための堅いイメージのロボットと趣向 を変え,人と遊び,楽しませ,一緒に行動する人 間共存型のロボットは,人々の好奇心を刺激し関 心を持たれるようになった。 サンシン(三味線)は明の時代に中国から琉球に 伝わった(1392年頃)と言われ,600年の歴史を誇 り,琉球芸能の中心的役割を果たして来た[4]~ [7]・’710年には,首里王府に「サンシン主取 り」なる役職が設置されサンシンの改良普及に貢 献した[617]。 コントローラ Z80互換CPUROM32KBRAM32KB 操作スイッチ ST(start) 【P/函『(パテUp/EntrT) DN(パテDbm) G1(毎一拉律弦) G2(第二弦匁弦) G3(第三拉卯弦) SU/唾、(SmCch/ En9r了画。) STP(演奏中研)

鞭チ翻独仙輌鋼“》曲

半わ悸輌『『輕諏幽哩

モス函01234“1 包 ・起 パラレルI/O インターフエース (セントロニクス邸9m パソコン 受理82000年12月25日 参考文献の[9],[11],[12],[14L[17]で発表済み *工学部電気電子工学科 (Dept-ofElectricalandElectmnicEr喝ineerin8,FacbofE1g)

(3)

伊波・山城:サンシン(沖縄三味線)減奏ロボットのコントロール 80

本研究では琉球芸能に欠かせない代表的な楽器

であるサンシンを演奏するロボットを開発し,観

光地沖縄の文化を興味深く紹介し,老人ホーム等

では安らぎを,青少年には科学と文化に対する好

奇心と創造性への刺激を与える事を目的とした。 これまでにサンシン演奏ロボットのハード面に ついて報告した[8][10]が,今回はシステムの構成 と演奏ソフトについて報告する.この様なロボット をスムーズに,また正確に制御するためには高級言 語では難しく,ソフト制作は複雑になるが,機械語 で制御する必要がある[8]~[11]。これによりテン ポが1hs]の精度で調整が可能となった. なお,紙面の都合で重要と思われる箇所のみにつ いて記述する。 弦選択 弾弦 弦選択 SP S2 S1 PS  ̄Z-ヨーTlヨーT2--TD---T3- ̄-Z--

岳一(二ユ剛1,5万i巫葹

1 1 図2演奏タイミング 2.システム構成と演奏タイミング

轍l1

u謝了

ソフトについて説明する前に,まず図1のシステ ム構成と制御箇所について記述する[12]・制御箇所 は押弦部と弾弦部に分けられる. 押弦部は10箇所の勘所[8]に電磁アクチユエータ 対を取り付けてあり,対になっている電磁アクチユ エータのON,OFFにより押弦と開弦を行う。開放弦 と加えて13の音程を演奏するが,弾弦せずに押弦だ けを行う,いわゆる「打音」の制御も行う。 なお,勘所は工工四に記述[13]されている位置よ り厳密に言えばズレテおり,正しいと思われる位置 に修正[14]して設定する。ただ,実際の演奏では「 尺:の音は高目が明るい感じがする」[15]など,歌 い手の感性の違いにより個人的な好みもある。ま た,楽譜は演奏のための単なる道しるぺであって, プロの演奏家の楽譜には様々な表現・思い・奏法 等が所狭しと書き加えられている[16]・ロボット にどこまで感性を求めるかも色々と研究されてい るが,今後の課題である[2]・ 弾弦部は,弦選択と弾弦のためのステッツピン グモータ(sP)と弦の中にバチを出し入れするため の電磁アクチュエータ対からなる。ここでの演奏 手順はまずステッツピングモータにパルスを送り 弦選択し,パチを挿入して後再度ステッツピング モータにパルスを送る事により弾弦する。また逆 回転させることにより,「掛音」を出すが,バチは 次の音程を先読みし移動の有無と移動位置を決め る。パチの出し入れは電磁アクチュエータ対(s1, s2)のON,OFFによりバチの挿入深度を変える事で 強弱の音が出せる[11]・一連の動作は図2の演奏 タイミングによる。また,コントローラへの指示 は,パソコン(PC)とオペレータのどちらかを選 択可能で自由に設定できる。

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凹瞬

HD D。 IWZ ORE (a)(b) 図3基本クロックの発生 ●PO=0 ウージル 第一弦(男弦) ナカジル 第二弦(中弦) ミージル 第三弦(女弦) ●Pl=130(ホームボヅション) ●P2=260 ●P3=390(POからのパルス数) 図4バチポジション ある。これによりステッピングモータのパルスの 発生,演奏タイミングの調整などを行い,拍子や テンポをある程度正確に刻んで演奏できる。 これを基本パルスとしてステッピングモータに パルスを送る事により,2850[1mm/s]の速度でバチ を移動する事ができる。なお,演奏時におけるバ チの最大移動距離は,女弦を弾いて後,男弦を弾 弦するのに必要な距離約285[、、]を390パルスで移 動する時である(図4)。演奏中の弦選択は最短距

離で移動するようにコントロールする。

3.基本クロックの発生 演奏速度の基本となる,基本クロックは正確な テンポを得るために重要な要素で,図3(a)のフ ローチャートと同図(b)のプログラムにより発生 させる。サブルーチンDElOはシステムクロックが 10[MHz]とすると約10×DE“s)の時間タイマーで

(4)

琉球大学工学部紀要第61号,2001年 81 なお,工工四の調子はヒトの脈拍(72拍/分)を 基準として記述されているが,喜怒哀楽を奏でる リズムとしてはメトロノームのような機械的テン ポに縛られるよりは,個々人の体内リズムである 脈拍が理にかなっているように思われる。 4.初期股定とバチの倒御 演奏を始める前にバチの位置を男弦と中弦の中

間点(ホームボジションP1)に移動する。バチはBACHIUp

とBACHIDownにより0.1[1m/pulse]でステップ移 動するが,約1[sec]間押し続けると連続的に移 動するようになっている。バチの初期位置(ホームボ ;(P、)←100*(Z)/GI) LDIKPD LDHLKH100) LDDE,(L100〉 LDB,16 LPl;PUSHBC LDBCKN) SUIE;CY~b7-bO RLD;CY←b7-bO RLL RLH lDAH CPB JPGRESr JPZ・CPL SUB1:ANDA;CY=O SBCHLBC SCZ:BCY=l JPLP2 REST;ANDA8CY誌O JPLP2 CPL2lDAoL CPC JPQREST JPSUBl LP22RLmY) RL(IY9l) PUPBC PC AGS3・EXE *、TXT

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RAM

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①,②;ThPansmit&ConvertDataintoASCIICode ③;ConvertASCIIintoComandCOde&Transmit 図6メモリーマップ DJNZLPl 図5バチの制御 START

タ及び音符用. 表1 パラメ ド 百面]ディリミッタの数 PUSHDE - HL=O

二;I〒舌

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HllD SJXS -し 山AD OUT2団A A=82HA= YES LDABm ) no I3H - +JIs rTn ,ATA l⑩ A毒23H A毒 DATA OIO 4EIIいく61

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(5)

82 伊波・山城:サンシン(沖縄三味線)演奏ロボットのコントロール

シツョン)設定が適当な位置であるか第1~3弦を弾

弦テストして確認する。その判断は人が行う。こ

の操作はROMモード,PCモードの両方で行うこと

ができる。MOVとDNGXはパチのUP,DOWNと弾弦の

サブルーチンである(図5)。 STARTノ 「 ROMMODE Mode、パ 5.メモリーマップと演奏形式 コントローラの主要部はZ80互換CPUが使われて いるマイクロコントローラで,メモリー空間を64

KBYTEで使用し,前半の32KBYTEはROM,後半の32K

BYTEはRAMとして使用している。先頭番地から制

御プログラムがあり,続いてROMモードの演奏パ

ラメータと曲データ(JISまたはSJISコードの全角

文字)を格納してある。

lrljiilli

ROMモードでは演奏パラメータと曲データをASC

Ⅱ文字に変換しながらRAMへ転送(図6-①)し,さ

らにコマンド付データに変換(図6-③)して最終

データとする。演奏は最終データのコマンドを解

釈しながら実行して行く。 PCモードではPCのLPT(プリンタインターフェー

ス(セントロニクス準拠))から演奏パラメータと

曲データをJISコードまたはSJISコードで転送さ

れてくる全角文字のコードをASCII文字に変換し

ながらRAMへ格納する(図6-②)。後はROMモード

と同じように実行して演奏する[17]・転送時のコ

ードがJISかSJISかを表1および図7に示すよう

に自動的に判別して正しくデータを読み込む。PC

からのデータ転送は,当初I/Oインタフェースを

用いていたが部外での演奏などロボットを持ち出

す場合,あらゆるパソコンでデータ転送を可能に

するため,プリンタインターフェースを用いるよ

うにした。

なお,ROMモードでは,10曲程度の曲を保存でき

CDやレコード盤みたいに入れ替えれば任意の曲を

演奏可能となる[9]・

図8のフローチャートに示すようにパソコン(P

Cモード)と操作スイッチ(ROMモード)で別々にコ

ントロール(制御:操作)でき,ModeSWによりPC

モードとROMモードの選択をする。

演奏形態としては選曲された1曲のみの演奏

(Single)と,登録されている全ての曲を順次連続

演奏する(Medley)方法がある。また,これらの

曲は,人為的に(ヒトが)キー操作することによ

り任意のテンポで演奏する(Switch)事も可能であ

る。また,演奏の途中でSTOPキーを押し続けるこ

とにより演奏中断することも出来る。その時,バ

チはホームポジションに戻り,次の演奏が可能な

状態になる。 6.まとめ

サンシン演奏ロボット「あがさ_」は「サンシン

の日」の番組出演,「沖縄県産業まつり」,「青少

年科学作品展」など様々なイベントで興味の的で

あり,アミューズメントロボットとして「人を楽し

ませ,安らぎを与える等」の役割は果たしている

■ 図8ズローチャート チ具1名瀬市立伊津部小学校での公開2000年1,1日

(6)

琉球大学工学部紀要第61号,2001年 83

と思われる。また,子供達に科学技術や文化の素

晴らしさを気付かせる役割も果たしていると思わ

れる(写真1)。日本ロボット学会主催の「ロボッ

ト音楽会」では,それぞれのレパートリーの演奏

と各演奏ロボット(バイオリン,フルート,トラ

ンペット,サックスフォンなど)による同時演奏 (蛍の光)をした[10]が,本装置のテンポは予め設

定した値で上手くいき調整の必要はなかった。

演奏技術としては強音,弱音,打音,掛音,列弾な

どが可能で演奏速度は100[msec/音]まで弾く事が

でき,拍数の変更も可能である。また弾弦部の電

磁アクチュエータ対のON,OFFの状態によりバチの

挿入深度を変える事で強弱の音が出せる。ここに

もステッピングモータを使用すれば制御は複雑に

なるが,より微妙な変化の音が出せるようになる。

本論文では主にソフトについての説明のためフ ローチャートが多くなってしまったが,アセンブ ラ言語で実行させることにより微妙なタイミング

の設定にも対応でき,様々な処理も可能になった。

ただ,演奏プログラムが複雑になってしまったの で分かり易く整理する必要がある。

本ロボットは,民間企業への技術移転の形で製

品化第1号機を製作して以来これまでに4台を世

に出している(写真2)が,実用化のためには,低 価格化,操作法の簡略化,軽量化(搬送のしやすさ)

など,なお考慮しなければいけない課題がある。

また,付録として「あがさ-」の演奏手順を付 け加えた。

[11]伊波,山城:サンシン(沖縄三味線)演奏ロ

ボットに関する研究(3) 日本ロボット学会学術講演会,2A2-1-4 1996年11月

[12]伊波,山城:サンシン(沖縄三味線)演奏ロ

ボットのシステム構成と演奏ソフト 電気関係学会九州支部連合大会1344 1999年9月 [13]伊佐川,世禮:聾楽譜付工工四 野村流斉楽協会,1971年

[14]伊波,山城:サンシン(沖縄三味線)演奏ロ

ボットに関する研究(5)

日本ロボット学会学術講演会,3J12

1998年9月

[15]漆畑文彦:はじめての三線,晩聾社

2000年

[16]千住真理子:生命が音になるとき,オーム社

1995年

[17]伊波,山城:サンシン(沖縄三味線)演奏ロ

ボットに関する研究(4) 日本ロボット学会学術講演会,2J37 1997年9月 [付録]あがさ-演奏操作手順 モード/週曲スイプチの機能 超助博=モード設定 O=ROMSingIe 2=ROMMedlBy 2-ROMEntry 3=ROMSwitch 4=PCMODE 起動後=選曲

参考文献 [l]特集:21世紀の玩具とロボティクス 日本ロボット学会誌,Vol、18,N。2,2000年3月 [2]特集:感性とロボット,日本ロボット学会誌 VoLI7No7,1999年10月 [3]井口信洋:アミューズメントマシン オーム社,1994年 [4]山城,伊波:沖縄&サンシン演奏ロボット 支部のページ,電気学会誌VoL118-9 P-541,1998年9月 [5]田辺尚雄:三味線音楽史,柏出版,1975年 [6]矢野輝雄:沖縄芸能史話,棺樹社 1993年4月 [7]王耀華:中国と琉球の三弦音楽 第一書房,1998年10月 [8]伊波,山城:サンシン演奏ロボットの研究 開発一主にハード面について- 琉球大学工学部紀要,Vol、60.pp79-87 2000年9月 [9]伊波,山城:サンシン(沖縄三味線)演奏ロ ボットに関する研究(2) ロボット音楽シンポジウム,5A2-0-2 PPl7-18,1995年n月 [10]伊波,山城:「サンシン演奏ロボットについ て」解説,日本ロボット学会誌PP18-21 VoL14,NC2.1996年3月 設定モードへ ROMSinEle ROMSwitch ①パチの初期位亜股定 UEmKEYにより1弦と2弦の中囲 に移助G1,GZG3KEYで弾弦テスト ②選曲スイッチのセット ③S8artKBy ④演奏開始 波奏中断:StoPKOyをパテ領冊まで 押し焼けろ①又は②に戻る ⑤波審絡丁①又は②に戻る ①パテの1mol位■殴室 RDIISinglD参照 ②週曲スイッチのセット ③StartKOy ④SDitchKwによる演奏 波奏中断:STopKDyを押しながらパ チが復帰するまで5句i8chKDyを鱒り 返し押すの文は②に房ろ ⑥演奏終了①又は②に戻る ROMMGdIey PCMODE ①パチの初期付■睦竃 ltMSinglD参照 ②startKoy ③連続演奏開始 RCOIデータ10曲を繰り返し自助波審 演奏中断:S[opKoyをパテ復帰まで 押し続ける①又は②に戻る のAGS3アイコンをダプルクリンク ②パソーンの面面に従って摸作する. パチのbmn位缶賎富 ※演奏中断は投作スイッチのStoP を押す PCの批作 1.近況投入WINDOwS95が姪 ロ力する. 2.ロボットの操作スイッチのRESETを 押す。 aAGS3のアイコンをダブルクリ ックして演審プログラムを実行す る. 4.画面に従って操作(涜奏】産する. 5,終了 スペースキーを押して演奏プログ ラムを杵了した後,右上のx印を 左クリックする. wINDOWS95に戻る. ROMErltey

(蕊

|演奏中断:StopKDyをパテ復帰まで ‘押し椀ける①又は②に戻る

参照

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