2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Fine Haptic Simulator for Storage and Reproduction of Real-world Objects
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15K05934
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
横倉 勇希 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (70622364)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大石 潔 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40185187)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | モーションコントロール / パワーエレクトロニクス / ハプティクス / 時間領域差分法 / ダイオードクランプリニア増幅器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々な音響映像・画像機器に関する研究開発が大きく進んだことで，マイクとスピーカ，カメラとディスプレイ等を用いることで，あらゆる状況における視聴覚情報の保存と再生が可能となった。ところが，人間には視覚と聴覚のみならず触覚・力覚器官も備わっているにも関わらず，未だ方今の科学技術では触覚・力覚情報については扱え切れていないのが現状である。その困難さの原因は，実世界の物体の力学的特性は大変に複雑であることに加え，感触の保存と再現に不可欠なアクチュエータ制御システムの制御性能の要求を満たすことが難しいことにある。そこで本研究では，第一に，従来手法では不可能であった力学的特性が複雑に変化する多慣性共振系の環境の保存と再現を，触覚解析・制御アルゴリズムによって実現する。第二に，ダイオードクランプリニア増幅器と呼ばれる新しいモータ駆動回路を用いた広帯域力制御系を実装し，さらに制御器設計手法を確立することで，従来手法において問題となっている力制御系の制御性能を大幅に向上する。先行研究により「実世界の物体の力学的特性が押し込み位置・速度・加速度に従って複雑に振動する現象」と「保存・再現時に用いられる力制御系の制御性能の問題」の二つの問題により触覚・力覚感触の保存と再現が困難になることが分かっている。そのため本研究では，前者の問題を課題１，後者の問題を課題２と定義し，これら二つの課題の解決に力を注ぐことで，最終的に任意物体の感触の再現性の向上を目指す。課題１に対しては，時間領域差分法を用いた感触保存・再現アルゴリズムの開発によって解決を図り，一方の課題２に対しては，モータ駆動用低雑音・高精度・高効率なダイオードクランプリニア増幅器を開発することで解決した。本技術の確立により，産業分野や医療分野，介護福祉分野において有用な高臨場感感触シミュレータの実現に迫った。
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