超小型物体の認識が可能な光導波形マイクロ触覚センサの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555057
• Research Institution: SHIZUOKA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 大岡 昌博 静岡理工科大学, 理工学部, 助教授 (50233044)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上柳 勝道 (株)富士電機総合研究所, 応用装置研究所, 副主任研究員 ; 小林 光男 (株)富士電機総合研究所, 応用装置研究所, 研究マネージャー ; 三矢 保永 名古屋大学, 工学部, 教授 (10200065)
• Keywords: マイクロマシン / 触覚センサ / 光導波路 / 三軸力検 / 二軸精密荷重試験機 / FEMシミュレーション / 輝度値計測 / 降伏現象

Research Abstract

マイクロマシンに適用することを目的として,これまでにマイクロスコープ先端に搭載できるほど小形化したマイクロ三軸触覚センサの原理を提案した.また,拡大モデルを製作し触子移動アルゴリズムの妥当性について検証した.さらに,触子アレイの小型化と触子移動アルゴリズムの高精度化も行った.本年度では,三軸力の計測精度を向上することを基本方針として,マイクロ三軸触覚センサの感度特性の計測やFEMシミュレーションを実施した.本年度の研究で得られた主な成果を以下に要約する.
1.本年度までに開発したマイクロ三軸触覚センサに二軸の組合わせ荷重を加えることのできる荷重試験機を製作した.本荷重試験機は,精密電子天秤,自作の平行ばね式ロードセル,精密Xステージ,精密Zステージから構成された.精密Zステージによってセンサ面に垂直荷重を加え,作用した垂直荷重は精密電子天秤によって計測された.また精密Xステージによってセンサ面に水平方向荷重を加え,作用した水平荷重は自作の平行ばね式ロードセルによって計測された.
2.センシング面に垂直荷重のみ作用する場合のシミュレーションを行い、触子の接触部分での接触圧力を求めた.この接触圧力と実験から得られた画像の輝度値の関係を調べたところ,垂直力と接触面積の関係が非線形であっても垂直力と輝度値の関係が線形であったため,輝度値から垂直力を同定する方が合理的であることが明らかとなった.
3.シミュレーションと実験の両者について,センシング面に垂直力と水平力の複合荷重を加えたところ,水平力と触子の移動量の間には二直線近似で表される降伏現象があり,折れ曲がり点の水平力(降伏せん断力)は垂直力の大きさに比例して大きくなった.
4.水平力が作用している場合と作用していない場合の輝度値と垂直力の関係を比較したところ,両者はほぼ一致したため水平力は輝度値と垂直力の関係に影響を与えないことが確認された.したがって,輝度値から求めた垂直力から降伏せん断力を求めれば触子の移動量から水平力を同定できることが確認できた.

Research Products

• [Publications] 大岡昌博: "光学式マイクロ三軸触覚センサ(拡大モデルによる原理の検証)" 日本機械学会創立100周年記念講演会IMPT-100講演論文集. No.97-14. 693-698 (1997)
• [Publications] M.Ohka: "A Micro Optical Three-axis Tactile Sensor(Validation of Sensing Principle Using Models)" Int.Conf.on Micromechatronics for Information and Precision Equipment. No.97-207. 783-788 (1997)
• [Publications] M.Ohka: "Surface Texture Acquisition Using a Robot Manipulator Equipped with an Optical Three-Axis Tactile Sensor" The Third ECPD Int.Conf.on Advanced Robotics,Intelligent Automotion and Active Systems. 170-175 (1997)
• [Publications] 大岡昌博: "光学式マイクロ三軸触覚センサの感度特性" 日本機械学会第75期通常総会講演会. (発表予定). (1998)
• [Publications] 大岡昌博: "ヒトの触覚による表面粗さ弁別機構の数理モデル" 日本機械学会第75期通常総会講演会. (発表予定). (1998)
• [Publications] 五十嵐伊勢美: "マイクロ・オプトメカトロニクス・ハンドブック" 朝倉書店, 502 (1997)
• [Publications] 日本機械学会: "挑戦:知能化する機械" 養賢堂, 285 (1997)