口腔系・喉頭系の実体モデルとしての剛柔混成機構系による機械式発話ロボットの開発
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22K03988
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
遠藤 信綱 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (30535844)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | ソフトロボティクス / 発話ロボット / 舌 / 声帯 / 柔軟センサ / ロボティクス / ソフトメカニクス / バイオメカニクス / 音響学 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，解剖学的知見に基づき，柔軟部材と剛体部材の混成した機構により，ヒト口腔系・喉頭系の構造・運動を再現することで，音声学における知見を実証可能な機械式発話ロボットの構築を目的とする．このために，解決が必要な「剛柔混成機構系をどのように構成・設計するか」というロボット工学的・機構設計学的「問い」に対し，(A) ワイヤ駆動による柔軟物伸長機構，(B) 柔軟物のソフトチューブ埋込式ワイヤ駆動機構，(C) 任意の硬さに調整可能な柔軟樹脂の混合手法，(D) 硬さの異なる柔軟部材の複合成形手法といった柔軟機構構成手法を適用した発話ロボットを実現することで，剛柔混成機構系の設計手法を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
柔軟舌機構のための(A) ワイヤ駆動による柔軟物伸長機構として，2種の機構を開発した．1つ目は，(A-a) 五節剛体リンク機構による伸縮運動と，柔軟物の局所部分の曲げ剛性を小さくすることに着想を得た，五節柔軟リンク機構であり，2つ目は，(A-b) ワイヤのように柔軟に曲げられるが引張圧縮方向には変形しないフレキシブルチューブと，ワイヤを組み合わせた伸縮・湾曲機構である．機構(A-a)について，リンク機構の閉ループ内を中空としたものと，柔軟リンク部を構成する柔軟樹脂よりも柔らかい柔軟樹脂で満たしたものを製作し，変形動作を検証した．柔軟舌機構は，その音響インピーダンスを考慮すると，前者の中空構造となることが適さないため，採用すべき後者の中実構造の場合の変形モデルを構築する必要がある．そのための材料力学的な変形モデルおよび実験環境を構築しているところである．機構(A-b)について，2次元平面内で伸長・収縮・湾曲運動が可能な3自由度の機構を開発した．
(B) 柔軟物のソフトチューブ埋込式ワイヤ駆動機構として，前年度までの科研費若手研究課題で開発した収縮・湾曲運動が可能な2自由度の機構を発展させ，これを直列に配置した4自由度の機構を開発した．これの制御システムを構築し，運動性能を評価した．この制御システムについて，査読付き国際会議にて発表した．
柔軟機構の変形をセンシングするために，カーボンナノチューブとシリコーン樹脂による導電性柔軟樹脂を開発し，その電気抵抗の応答性を評価した．
ヒト声帯襞は比較的硬いボディ層と比較的柔らかいカバー層に分けることができる，という解剖学の知見に基づき．異なる柔らかさの柔軟樹脂を段階的に一部品に成形することで，ヒト同様の二層構造声帯襞を持つ声帯機構を製作した．また，ヒト成人男性と同程度の基本周波数の発声が可能であることを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
柔軟舌機構について，基本的な機構部分の開発は達成しており，変形モデリングおよび制御システムの構築にも着手しているので，十分な進捗といえる．ただし，柔軟物の変形形状のセンシングについては，若干の遅れがみられる．
声帯機構についても，基本的な機構部分の開発は達成しており，当初計画通りの進捗といえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
柔軟舌機構について，変形モデリングおよび実機検証を行う．また，柔軟物の変形形状のセンシング手法として，導電性柔軟樹脂による手法を引き続き進めるが，同時にそれ以外の手法も検討する．
声帯機構について，甲状軟骨および披裂軟骨によるヒト声帯の緊張運動を機構的に再現し，声帯機構の緊張具合の変化と，発声される喉頭原音の基本周波数の変化を評価する．
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
