Improvement of accuracy of spray-applied tactile sensors by equivalent model estimation

• Project/Area Number: 22K04023
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
• Research Institution: Fukushima University
• Principal Investigator: 高橋 隆行 福島大学, 共生システム理工学類, 教授 (70197151)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 接触センサ / 塗布 / 圧電膜 / 電気インピーダンストモグラフィ / 等価回路モデル

Outline of Research at the Start

研究代表者らは，ペンキのように塗布することで作成できる独自の接触センサScoTacS（Spray-Coated Tactile Sensor）を開発してきた。これは，複雑な凹凸を持つ形状にも容易に装着可能であるなどユニークな特徴を持つ。一方で，ScoTacSには測定誤差を発生させる未解決の課題がいくつか残っている。そのひとつが，センサを構成する膜の膜厚や特性の不均一性である。しかし，製造技術の改良でこれを解決することは現状では難しいことがわかってきた。そこで本研究では，この課題を製造技術の改良とは異なるアプローチにより解決することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，これまでの研究結果を基礎として，EIDORS（電気インピーダンス法の実装ソフトウェア）により得られた分布定数モデルから接触位置推定に用いるLTspice（回路シミュレータ）用のCRネットワーク型の集中定数等価回路への変換の際に導入していた近似が，シミュレーションの精度に与える影響について再検証するところから研究を開始した。これまで用いてきた集中定数等価回路は，抵抗10,200個，コンデンサ5,100個からなる回路であり，分布定数モデルから集中定数モデルへの変換を事情により手動で行わざるを得なかったため，全体を49のブロックに分割してブロックごとに抵抗およびコンデンサの値を決める方式を採用していた。本年度は，この変換を自動で行うソフトウェアツールを作成し，25個，100個，400個に分割したブロックを用いてシミュレーション精度の比較を行った。まず，コンデンサ成分を無視し，抵抗成分だけを考慮した静的（直流）モデルによる精度比較を行ったところ，先行研究の49分割に対して，400分割の方が4倍ほど高い精度のシミュレーションが行えることがわかった。一方で，接触位置を決めるために重要となるコンデンサを含めた動的な時間応答シミュレーションでは，従来モデルとの差がほとんど見られなかった。以上の結果は，分布定数から集中定数への変換の際に，ブロックの分割よりも精度に大きな影響をもつ要素があることを示唆していると考えている。また，現時点では，分布定数回路および集中定数回路のいずれも実機との間での精度検証ができておらず，今後の検討点としては，まず集中定数回路のモデルを実際に製作して，実機との間での比較を行う計画としている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の到達目標点は，実際に製造されたセンサの，等価回路における容量値ならびに抵抗値を推定する方法を確立することである。この目的に沿って，等価回路モデルの，モデルとして近似精度に関する一定の知見を得ている。一方で，分布定数モデルから集中定数モデルへのパラメータ変換を自動的に行うソフトウェアツールの開発に若干時間を要してしまい，実機との間での精度検証ができていない，成果発表が次年度に先送りになるなど早急に対応すべき課題もあるため，このような評価となっている。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画に沿って，着実に研究を進める。