仮想レオロジー物体における視触覚情報提示に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205039
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 平井 慎一 立命館大学, 理工学部, 教授 (90212167)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 登尾 啓史 大阪電気通信大学, 総合情報学部, 教授 (10198616) ; 田中 弘美 立命館大学, 理工学部, 教授 (10268154)
• Keywords: レオロジー物体 / 仮想空間 / 視覚提示 / 触覚提示 / 物体変形 / FPGA / 高速計算 / 体積効果

Research Abstract

今年度は,FPGAを用いた仮想レオロジー物体の高速変形計算(平井),三次元変形過程のリアルタイム計測と体積効果を用いたモデリング(田中),仮想レオロジー物体の変形提示(登尾)に関する研究を進めた.高速変形計算においては,変形計算アルゴリズムの並列化とパイプライン化を行い,HDLで変形計算回路を設計し,FPGAに実装した.その結果,数百万ゲート相当のFPGAで1000点規模のレオロジー物体の変形計算を,msecオーダで計算できる見通しを得た.並列化においては,変形計算と微分方程式の数値計算をFPGAとPCのどちらで担うかを,計算時間と回路規模の点から検討し,双方ともFPGA上で実装することが望ましいとの結論を得た.さらに,複数のレオロジー物体間の接触あるいは変形による自己接触を表現するために,ペナルティ法を基にしたモデリング手法を提案した.また,PCとFPGAを接続するために,PCIドライバを構築し,データ転送を実現した.リアルタイム計測においては,新規購入したキュービックススキャナを用いて,レオロジー物体,特に食品生地の変形過程を計測し,膨らみや体積変化を定量的に求めた.これらの計測結果を基に,体積効果を用いたモデリング手法を提案した.体積効果を用いたモデリングを用いると,より実際の物体の変形過程に近い形で,レオロジー物体のモデルを構築できることがわかった.仮想レオロジー物体の変形提示においては,変形過程を計測結果からrandomized algorithmを用いて,モデルパラメータを推定する手法を提案した.さらに,現有のjoyarmを用いて,変形時に生じる力の感覚を,一点で提示するシステムを構築した.サンプリングレートが数msecと遅いため限界はあるが,変形時の感覚を提示できることがわかり,サンプリングレートの向上により,より微妙な触覚を提示できる見通しを得た.

Research Products

• [Publications] Kimura, M., Sugiyama, Y., Tomokuni, S., Hirai, S.: "Constructing Rheologically Deformable Virtual Objects"2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation. (発表予定). (2003)
• [Publications] Tanaka, H.T., Kushihama, K., Hirai, S.: "A Vision-based Haptic Exploration"2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation. (発表予定). (2003)
• [Publications] Noborio, H., Enoki, R., Nishimoto, S.Tanemura, T.: "On the Calibration of Deformation Model of Rheology Object by A Modified Randomized Algorithm"2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation. (発表予定). (2003)
• [Publications] 杉山勇太, 木村政文, 友國誠至, 平井慎一: "仮想レオロジー物体における接触のモデリング"計測自動制御学会SI部門学術講演会予稿集. Vol.3. 23-24 (2002)
• [Publications] 木村政文, 徳本真一, 平井慎一: "FPGAを用いた仮想レオロジー物体変形計算"第20回日本ロボット学会学術講演会予稿集CD-ROM. (2002)
• [Publications] 木村政文, 杉山勇太, 友國誠至, 平井慎一: "仮想レオロジー物体の変形シミュレーション"日本バーチャルリアリティ学会第7回大会論文集CD-ROM. (2002)