TREE-WARE TECHNICAL REPORT, by M.Ishikawa, 1999-08-11. #1.

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●「ステッピング・モータ」のコミュニケーション機器への展望●

今回「ステッピング・モータ」を入手し，その「駆動回路」を製作してみました。ここでは，それがどのようなモータで，従来のものとどの様に違い，障害者のコミュニケーション機器の分野に，どれほど有用と考えられるかを考察したいと思います。
Application of the stepping-motor to the dial-scanning communicator.

◆従来品の限界

　障害者にとって，「一般向け機器では，ちょっと動きが速すぎる」ことってありませんか。たとえば，「パソコンのマウスの動きをもっと遅くできないか」とか，おもちゃや意志伝達装置などが，「もっとゆっくり動いてくれないと，反応が追いつかない」といった話をよく聞きます。
　そうでなくても，障害者が利用するおもちゃや意志伝達装置としては，不随意運動の有無や，緊張の強弱などの諸要因により，回転速度は，かなり幅広く調節できることが必要のような気がします。特に「意志伝達装置」などでは，常に一定の動きではなく，たとえば「選択肢の付近で短時間停止」させたり，また「障害児」にとっては，ゲーム的，訓練用具的に，ランダム，あるいは意図的に，回転速度を変化させたいような場合も，あるのではないでしょうか。
　ところが，マウスについては，ソフトウェアで調節する機構がありますが，おもちゃや意志伝達装置のような機器で，装置本来の調節機能よりもさらに遅くするのは，むずかしいことが多いのです。それは，「一般的な」モータを使用している機器で，機構はそのままで回転速度を落としたい場合，モータにかける電圧を下げることで，ある程度実現できますが，これは「回転する力」自体を落としているわけで，あるレベルを下回ると，力が弱くなり過ぎ，回らなくなってしまいます。つまり，自動車で，ギア・レバーを最高速に入れたままスピードを落とすようなもので，エンジンは止まってしまうのです。結局，幅広い回転速度の調節には，それこそギア・チェンジのできるような「ギア・ボックス」などの複雑な機構が必要となり，市販品ではコスト的にあまり見合わないわけです。一般のモータでの回転速度は，ギアなど「機構的な設計」によってほぼ決まってしまい，変更や調節は困難なのです。
　実際「回転針式スキャン意志伝達装置」の従来品で，一番遅い設定にすると，針が重みで止まってしまうという現象がみられるものがありました。
　しかしこれは，あくまでも「一般的な」モータの場合です。

◆「ステッピング・モータ」とは

　一方「ステッピング・モータ」というモータがあります。これは一般のモータのように「電源を接続すれば回転する」というものではなく，専用の駆動回路が必要となります。反面，その回路内の「デジタル信号」によって，7.5°，1.8°など，一定角度単位で，かなり正確に回転を制御することができます。しかも，駆動回路の工夫次第で，停止状態も含め，どんなにゆっくりした回転も，回転力を保ったまま実現できるのです。
　「デジタル信号」によって制御可能ということは，コンピュータによる制御も可能ということですから，コンピュータを利用することによって，ソフト的な変更だけで，回転速度，方向，停止など，多様な動作ができることになり，様々な応用が考えられます。
　たとえばこれを「回転針式スキャン意志伝達装置」に使用することで，子供から大人，不随意運動の有り／無しや，単なる「意志伝達装置」から「訓練用具」まで，幅広い応用のできる器具が実現できるのではないかと考えられるのです。

◆試験装置

　そして今回，その駆動回路を試作してみました。
　今回入手したものは，駆動回路とモータを合わせてちょうど千円で購入しました。別々だと，駆動回路が \700 で，モータが \400 程度です。
　モータは，ステップ数 48……つまり 48 回のパルスで１周するもので， １パルスあたりの回転角は 7.5°となります。時計の１秒あたりの角度 6°より大きいので，このモータでは，時計の秒針より細かな動きはできませんが，モータには 1.8°などという，もっと小さい単位角のものもありますから，今後は目的に応じ，モータの規格について検討することも必要となるでしょう。
　ただこの場合も，プーリーや歯車などを用いて，回転角を縮小することはできます。
　また，ある障害児療育施設の方の話では「回転がスムースだと『動き』として認識しにくくなり，緊張感がなくなり過ぎる可能性もあるから，多少断続的な動きの方が，適度な緊張感を保つにはいいかもしれない」という意見もありました。
　駆動回路は，モータをとりあえず動作させるための「キット」で，組み立てには１時間半ほど要しました。完成品のパルス周期は 2.5〜0.28 秒／パルス（0.4〜3.5 Hz）で，そのため１周するのにかかる時間は，120〜13.4 秒となります。つまり最低速度は，時計の秒針のほぼ半分。ただこの速度は，あくまでも「今回製作したもの」の値。駆動回路は自由度が大きいですから，速い方はモータの限界まで，遅い方には，いくらでもゆっくりと動く駆動回路が作れます。
　でも，断続的な動作で指針の回転速度を遅くすると，停止している時間が長くなりますから，実際の動きが「止められている」のか「継続している」のかが分かりにくくなります。実際の使用時は，操作者のスイッチの状態を，音やランプによって別に表示することが必要となってくるでしょう。

◆応用の可能性

　「針式」のスキャン型意志伝達装置は，ランプが順次点灯する方式と比較して，「止めるタイミングを把握し易い」というメリットがあると思います。ランプ式の場合，選択肢間の移動が瞬時であるために，その境目での操作に微妙なタイミングが要求されるのに対し，針式だと，「あとどれくらいで次の選択肢に移動するか」が分かるわけです。
　この特徴を利用した応用例としては，たとえば「『あたり』の領域で針を止めると，お気に入りのおもちゃが動く」というような仕組みを作り，タイミングを合わせて停止のスイッチを押すことを促すような「訓練器具」も考えられます。
　また，ステッピング・モータは，「どれだけ回転したか」の把握が駆動回路側で容易なので，「あたり」の領域だけでなく，どこで停止したかによって，複数の動作を設定することも，そうむずかしくありません。すると，「意志伝達装置」ではなく，「環境制御装置」としても使える可能性もでてきます。そうなれば，従来の「ランプ式」より，ずっとタイミングを把握し易い「環境制御装置」が実現できそうです。
　しかし，今回のような論理回路（デジタル回路）による駆動回路の設計では，動作速度を調節するのがせいぜいでしょう。今述べたようなことを実現するには，コンピュータを利用するのがベストと思われます。コンピュータと言っても，現在は，指に乗るような小さなものがありますから，それを利用することで，かなり複雑な動作も，十数個程度の少ない部品で実現でき，また，のちの動作変更も簡単になるはずです。
　コンピュータを利用すると，動きに変化を加えることも容易です。たとえば，選択肢のまん中辺でちょっとずつ停止させるとか，頻繁に選択される選択肢の上は遅く，あるいは早く通過させる……などといった具合いに。その位置は，選択肢が増減すると変わりますが，そこを設定変更できるようプログラムすることも，そうむずかしくないでしょう。
　また，パソコンを接続できるような駆動回路を製作することもできるでしょう。たとえば，ダイアル式の「文字入力装置」や，指針の位置で，ワープロやゲームなど，希望のアプリケーションを選択して起動させる装置……なんてのも，理論的には実現可能。「おもちゃ」または「訓練用具」としては，「『あたり』の位置で止めると，パソコン画面の中のお気に入りのキャラクタが変化する」などの仕組みも考えられます。
　「デジタル制御が可能」→「コンピュータと連携可能」ということは，それだけで，かなり広範囲の「応用」が期待できることを意味しているように思います。

◆おわりに

　「モータ」を使用するおもちゃや意志伝達装置など，従来品をステッピング・モータに置き換えることによって，デジタル制御が可能になり，幅広い応用ができるようになる可能性があります。ただ，モータの価格がそれなりに高価で，駆動回路も別に設計する必要がありますから，コスト・ダウンを強いられるメーカーに，初めからステッピング・モータ仕様で設計することを期待するのは，むずかしいのが現状でしょう。
　でも，掛けたコストにそれなりに見合う効果が得られる使い道や，ステッピング・モータならではといった効果を探ったり，また，汎用性やコスト・パフォーマンスの高い装置を開発することにより，ステッピング・モータの有用性の認識が高まれば，利用価値の高い製品が大量に生産され，量産効果によってコストも下がり，そのような製品に，一般的に使用されるようになる可能性もあるのではないでしょうか。
　ステッピング・モータのこの分野への応用は，まだまだ「未知数」。今後の発展は，現場に携わる方々のアイデア次第……というようなことを，強く感じました。

●市販マウスの障害者向け加工（ダッシュポイント・ドラッガ）●

　「ダッシュポイント」という市販のポインティング・デバイス（マウス）を，ある障害者のために，２本の棒で上から押して操作できるよう，加工してみました。
I reformed "Dashpoint (Mass-product)" to adapt for the handicapped. The product is a pointing device like a mouse. You tip the projection on it to move the mouse cursor. I try to put buttons to drag on it.

◆従来製品と「ダッシュポイント」

　障害者向けのパソコン用ポインティング・デバイス（マウス）としては，「らくらくマウス」がけっこう有名ですが，動かせる方向が８方向だけ，移動速度もわりと固定的……など，制約もあります。普段，その装置を，僅かに動く両手の指先に棒を持ち，上から押して使っている方に，「ダッシュポイント」という市販の製品を試してもらいました。
　「ダッシュポイント」は，DOS/V 機用のポインティング・デバイスで，ちょうど片手にスッポリ納まる大きさの「そらまめ」のような形のもの。「ちびまめ」など，他の商標名でも販売されています。マウスのように「本体を動かす」のではなく，本体にある「突起を傾ける」もので，IBM や東芝のノートパソコンに採用されている方式に近いものです。そのままでは，「手に持って五指全て使わないと操作困難」，「（形状が）右利き専用」など，制約も多いのですが，「らくらくマウス」と違って，「任意方向に移動が可能」，「押す力の加減で即時的に移動速度の調節が可能」といった特徴があります。そのため，不随意的な動きの少ない方にとっては，「らくらく……」より思い通りの操作ができるのではないかと思ったのです。
　その方には，それまでの「らくらく……」同様，上から２本の棒で押して試してもらったのですが，装置上面には，カーソル移動のための突起と，右クリック・ボタンしかないため，そのような操作では，左ボタン操作ができません。ただそれについては，パソコンの「左利き設定」によって，右ボタンを左ボタンとして扱うことで，左クリックだけはすることができました。なおその方は「ダブル・クリック」は自分ですることができます。ただ「棒２本」では，やはり「押したまま」動作の要る「ドラッグ」は困難です。
　操作性については，少しばかり気に入ってくれたようでした。そこで今回，本人の意向もあり，下に置いて上から押すことで，左右ボタンの「ドラッグ」などの操作ができるよう，加工してみました。

◆加工

　「右クリック・スイッチ」は，本体上面にあり，特に設置しなくても操作に支障ありませんが，設置することにしました。というのは，どちらかというと「左寄り」にあり，左クリック・スイッチと紛らわしいこと，しかも，いずれにしろ「右ドラッグ・スイッチ」の設置が必要ですから，左右対象のデザインとなるよう意識したためです。「左ダブル・クリック」は本人ができますから設置不要で，結果として「クリック」と「ドラッグ」，それぞれ左右で，４つのスイッチが必要，ということになります。
　左右のクリック・スイッチには，「ドラッグ解除機能」も持たせました。そうすることで，たとえば，「ファイルを移動後に開く（ダブルクリック）」という操作は，移動操作（ドラッグ）のあと「クリック・スイッチを３回押す」ことで実現できるため，「ドラッグ解除→ダブルクリック」という操作と比べ，ボタン間の移動が少なくて済みます。同時に，「ドラッグ（押されたままの）状態」であることを示すランプも設置しました。
　加工に際し，マウス・カーソルを移動させる突起と，ドラッグなどのスイッチが，「同じ高さ」になるよう留意しました。高さが違うと，操作者が手を動かして調節しなければならず，余計な動作を強いられると考えたからですが，これに一番苦労しました。というのは，操作性を考え，操作者本人に選んでもらった「押しボタンスイッチ」の大きさが，「ダッシュポイント」本体に比べて小さく，同じ台に並べて設置してしまうと，1cm 以上の段差ができてしまうのです。この問題を解決するため，高さが本体とほぼ同じケースを用意し，ボタン類は，内側から上面に取り付ける……といった手を考えました。
加工後の写真
手前が加工したもの。
注：パソコンはサンプルです （愛機 PC-9801ns/E，80386 16MHz 40MB HDD…この HP もコレで作った！）
加工後写真

◆おわりに

　「らくらくマウス」では，８方向にしか移動できないので，直接描ける線は「縦，横，斜め」の直線だけです。それ以外の線は，「直線ツール」で細かい「折れ線」を描くか，あるいは「曲線描画ツール」などを利用する方法がありますが，いずれも複数の「点」を指定する必要があり，長い曲線を描こうとすると，かなりの数の点を指定しなければならないでしょう。また一般的な操作でも，マウス・カーソルの現在位置から，「縦，横，斜め」の直線上にない位置へは，「画面の一番隅」などでない限り，少なくとも，一度ボタンを押し直す必要があります。
　「ダッシュポイント」なら，うまく押せば，持って行きたいところに一気に持って行くことができますから，操作さえ慣れれば，思い通りの「曲線」を描けるようになる可能性もあるわけです。
　本人がこの装置の使用を希望したのは，「自分のサインや絵を描（書）きたかった」からだそうです。でも，もし使っていたのが「らくらくマウス」だけで，「ダッシュポイント」というものを使う機会がなかったら，そうする気も起こらなかったかもしれません。障害者が，自分の可動部を駆使して，いろいろな「操作性」の製品に触れることは，自分の表現方法を広げられる可能性があるのだと感じました。そして，なるべく「思い通り」に近い操作性に出会えるよう，「障害者向け」に限らず，もっとたくさんの製品を気軽に試せる環境があるべきだと思うのです。

◆製作のご依頼について（2000-02-10 追記）

　この製作にかかった費用は，「ダッシュ・ポイント」の購入価格も含めて，\15,000 でした。「腕を動かさず，手先のわずかな動きでマウス操作ができる」ことから，多くの障害者にとって便利だと思うのですが，この装置，残念ながら，最近見かけません。そのため，今すぐ同様なものを製作できる可能性は，ちょっと低いと思われます。
　同様の製作ご希望の方は，そのあたりの事情をご理解いただきたいと思います。それでも「ぜひ欲しい！」という方は，製造業者に直接問い合わせるなど，多少はジタバタしてみますので，ご連絡ください。ただし，一般のマウスに同様な加工（ドラッグ・スイッチをつける）をする場合は，この限りではありません。
　なお，製作ご希望の方は，必ず「●ご依頼について」をお読みください。

●握りスイッチの製作●

「握って使うスイッチ」にはどのようなものがあるのが調べた（※中村賢龍他；こころリソースブック編集会「こころリソースブック 1998 EDITION」1998.7）ところ， いずれも高価で，種類も少ないんですね。しかも，本体の大きさ，スイッチ圧共に大きく，どちらかというと「大人向け」といった感じ。しかし，いくら「大人向け」だとしても，障害によっては，一般の大人並の力が出せない方だっているかもしれない。そこで今回，もっと小さく，軽い力で扱える，手軽な「握りスイッチ」を製作してみました。
I made an easy and light grasp switch.

◆子どもの手を意識

　従来品が「大人向け」ということは，子どもにとって使いやすいようなものがないということ。そこで今回は，初めから「子どもの手」を意識して製作することにしました。
　大きさは……近くに子どもがいないので，実際に計測したり，試してもらったりして決めることはできませんでしたが，とりあえず「自分の指だけで（手のひらを使わずに）握れるくらい」を参考としました。するとだいたい直径２センチ・メートルの円柱ほど。長さは，自分の指の幅で３本程度。全体としては，「ワインのコルク栓」をイメージしていただけるといいでしょう。

◆製作

　設計計画としては，「直径２センチ・メートルの円柱を半分に割ったものの間に（マイクロ）スイッチを挟む」といった感じ。幸い，近所の日曜大工センターで，半円柱の木材の素材が売られていたので，それを利用することにした……というか，それがあったから作る気になった，と言ったほうが近いかも。
　「スイッチ」のむずかしい点は「可動部」。外れちゃいけない。でも，ピッタリくっついて動かないのもいけない。スイッチが開閉できる程度に，外れないで動く……といった状態を実現しなければならない。ここでは，「木ネジを奥までねじ込まない」というような方法で実現した。
　構造的に，ネジと同じ向きから加わる力にだけ敏感に反応しそうな気がしますが，実際に使ってみると，「円柱」という形状が功を奏してか，けっこういろいろな方向からの力に反応します。まったく反応しない範囲は，せいぜい，ネジに垂直な方向を中心として，数十度くらいの角度でした。「握って使う」分には，ほとんど問題ないでしょう。

◆応用

　今回は「子どもの手」を意識した大きさとしましたが，もちろん，使う円柱の素材を変えれば，握力の弱い大人のための，握る部分の大きい仕様も可能です。
　また，「握り圧」は，スイッチのバネの力そのものを利用しました。そのため，非常に軽い力（100g 前後と思われます） でオンとなりますが，逆に「緊張の強い方」のためには，バネを足して，強くすることも可能です。
　さらに，ずっと握っていられない方のために，手に巻き付ける「ストラップ」などを通すための，穴や金具を設ける……といったことも，必要となる場合もあるでしょう。
　いままで，同様の製品が数少なかっただけに，このスイッチの応用は，まだまだこれから……と言ったところでしょう。

◆製作のご依頼について（2000-02-10 追記）

　その後の改良により，オンとなる力をさらに軽く（30g 程度）できています。費用は，直径 2cm，長さ 5cm，導線 1m 程度の，モノラル・ミニプラグ（直径 3.5mm）仕様のもので \4,000 です。ご希望により，本体の長さや太さを変えたり，導線を長くしたり，もっとバネを強くしたり，ストラップやマジックテープを取り付けられるようにするなどの，追加加工も可能ですので，ご相談ください。
　なお，製作ご希望の方は，必ず「●ご依頼について」をお読みください。《加工例写真 6KB》


TREE-WARE TM

著者 ● 石川雅章 (Author: ISHIKAWA, Masaaki)
フリーエンジニア。「TREE-WARE（トリーウエア）」の活動では，福祉・介護・コミュニケーション機器や環境制御装置，各種スイッチ，パソコン・ソフトなどを，使う人の要望を聞いて，個別に設計・製作。また，自立環境へ向けての，既存機器やおもちゃの改造，パソコン講師や助言などを承っております。
Free engineer. In the movement "TREE-WARE", I listen to requests of the disabled or concerned, develop systems, reform products and give some technical advice.
(Communicator, Controller, Switches, Toys, Computer, Internet, C, JAVA)
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