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FPGAを用いた多自由度実世界ハプティックデバイスの開発

Research Project

Project/Area Number 09J04578
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 電力工学・電力変換・電気機器
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

田中 裕之  慶應義塾大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2009 – 2010
Project Status Completed (Fiscal Year 2010)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsハプティクス / FPGA / 力覚情報 / 非可逆圧縮 / 三角関数 / CORDIC / ハプティック通信 / 力触覚情報
Research Abstract

力覚通信システムにおける非可逆圧縮を提案,実現した。力覚通信に代表されるハプティックシステムは,ハードリアルタイム性を強く要求するシステムである。そのため,本研究では,力覚情報を圧縮,伸長をFPGA (Field Programmable Gate Array)上で行った。これにより,デバイスを制御するバイラテラル制御と,エンコード,デコードを並列で演算が可能となり,制御周期への影響を最小限に抑えることができた。本手法では,FPGA上に実装することを考慮して整数離散コサイン変換を用いて時間一周波数変換を行った。この非可逆圧縮手法を用いることで,力覚通信における通信されるデータサイズを削減させることに成功した。また,力覚情報のパワースペクトラム密度を比較することで,非可逆圧縮を施しているのにもかかわらず,0-200Hz程度の帯域において力覚情報の劣化がほとんど見られないことを確認した。
さらに,多自由度ロボット制御にFPGAを用いる場合の三角関数の実装に関する検討を行った。本研究では,CORDICおよびテイラー展開に基づく余弦関数および正弦関数の実装をおこない,近似精度,レイテンシ,必要なリソース,および動作周波数の観点から比較をおこなった。本研究の成果は,あるロボットシステムのコントゴーラをFPGA上に実装する際の実装手法の目安となる。

Report

(2 results)
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2011 2010 2009 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] 離散コサイン変換を用いた力覚情報の非可逆圧縮2010

    • Author(s)
      田中裕之, 大西公平
    • Journal Title

      電気学会産業応用部門誌

      Volume: 130-D Pages: 945-952

    • NAID

      10026497919

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ロボット制御のためのFPGAへの三角関数モジュール実装に関する一検討2011

    • Author(s)
      田中裕之
    • Organizer
      電気学会産業計測制御研究会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学
    • Year and Date
      2011-03-08
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Implementation of Lossy Haptic Data Compression Using Integer DCT to FPGA2010

    • Author(s)
      田中裕之
    • Organizer
      The 36th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics
    • Place of Presentation
      Renaissance Phoenix Glendale Hotel & Spa (Phoenix, USA)
    • Year and Date
      2010-11-08
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] A Coordinating Controller for Improved Task Performance in Multi-User Teleoperation2010

    • Author(s)
      田中裕之
    • Organizer
      Eurohaptics2010
    • Place of Presentation
      VU University (Amsterdam, the Netherlands)
    • Year and Date
      2010-07-08
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] FPGAを用いたハプティックシステムの構築2010

    • Author(s)
      田中裕之
    • Organizer
      LSIとシステムのワークショップ
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(小倉)
    • Year and Date
      2010-05-19
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Lossy Data Compression Using FDCT for Haptic Communication2010

    • Author(s)
      田中裕之
    • Organizer
      The 11th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control
    • Place of Presentation
      長岡技術科学大学
    • Year and Date
      2010-03-24
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 整数離散コサイン変換を用いたハプティック情報の非可逆圧縮2010

    • Author(s)
      田中裕之
    • Organizer
      電気学会産業計測制御研究会
    • Place of Presentation
      東京農工大(東京)
    • Year and Date
      2010-03-08
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Haptic Communication System Using FPGA and Real-Time Network Framework2009

    • Author(s)
      田中裕之
    • Organizer
      The 35th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
    • Place of Presentation
      ポルトガル、ポルト
    • Year and Date
      2009-11-05
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www-oml.sum.sd.keio.ac.jp/~tanahiro/

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www-oml.sum.sd.keio.ac.jp/~tanahiro/

    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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