2016 Fiscal Year Research-status Report
力覚提示のバーチャルカップリングへの非整数階微分の応用
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15K00266
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
川井 昌之 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (00334805)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 力覚提示 / 人工現実感 / バーチャルカップリング / 非整数階微分 / 受動性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、人工現実感で用いられるインピーダンス型力覚提示において、操作者に提示する干渉力の計算時に使用するバーチャルカップリング(VC)に非整数階微分項を用いる手法を提案し、その効果を検証する。平成28年度には、「複数のFIR型近似を用いた場合の最適化手法」「IIR型近似の効果検証」「非整数階微分を用いた場合の被験者が得る感覚の検証」に関する研究を実施した。
FIR型近似を用いた複数の非整数階微分項を持つVCの最適化においては、各項の階数と係数を最急降下法を用いて同時に最適化する手法を提案し、その有効性を確認した。
また、FIR型を用いて非整数階微分を精度よく近似するためには、多くの過去の情報が必要となるが、人間の動特性が常に変化する力覚提示システムでは好ましくない。そこで、より項数が少なく近似ができるIIR型の近似手法について検討した。具体的には、IIR型の近似において代表的なEuler法、Al-Alaoui法、Tustin法について受動性解析を行い、各々の特徴を抽出するとともに、実験によりその特性を確認した。その結果、Euler法の優位性が示されるとともに、人が操作する際にはAl-Alaoui法も有効であることが示された。また、IIR型近似を用いた場合の動物体の提示おける効果も検証した。
さらに、今まで非整数階微分を用いることにより仮想ばね係数が増加できることのみを検証してきたが、被験者の感じる感覚は仮想ばね係数とともに非整数階微分項も付加されるため、感覚的に硬さが増加するかについては未知であった。これに対して、力覚提示におけるタッピング動作において、どのような階数の非整数階微分が硬く感じるかについて考察した。その結果、近似項数が少ない場合は1.3階程度、近似項数が多い場合は0.7階程度の非整数階が硬くなることを順位法による感性評価実験から示した。
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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
平成28年度の研究実施計画では、
「複数のFIR型近似を用いた場合の最適化手法」
「IIR型近似の効果検証」
「非整数階微分を用いた場合の被験者が得る感覚の検証」
を実施する予定としていたが、これらを計画通りに実施することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画通りに推進していく予定である。
具体的には、平成28年度に引き続き被験者が得る感覚の評価について実施する。まず、平成28年度に実施したタッピングでの硬さ感覚についてより詳細に考察する。さらに、平成29年度には、非整数階微分で付加される感覚と油などの粘性流体のシミュレーションによる感覚を比較し、物理的な粘り気の感覚と非整数階微分の関係を考察する。これらの関係を導出することで、粘性流体の実時間シミュレーションに非整数階微分項を利用する可能性を検証する。
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Research Products
(5 results)
