2018 Fiscal Year Annual Research Report
Quantification of uncomfortable feeling in operation of power assist device and development of method to reduce discomfort based on it
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16H02881
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
池浦 良淳 三重大学, 工学研究科, 教授 (20232168)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早川 聡一郎 三重大学, 工学研究科, 准教授 (50288552)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ユーザーインターフェース / マンマシンインターフェース / パワーアシスト / 違和感 / 質量感 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パワーアシスト装置は現状の高齢社会に必需となるが，操作者が運搬物体を「重い」と視覚的に感じているにもかかわらず，アシスト装置により必要以上に「軽く」操作できてしまうと，結果的に予想外の急激な危険操作をする可能性が高い．これにより，操作に違和感や恐怖感を抱き，事故につながるなど，緊急に解決しなければならない問題である．この問題は操作者が事前に感じる視覚的重量感と操作中の体性感覚的重量感が大きく異なることが原因と考えられる．そこで，本研究の目的は，皮下組織を変形させることにより，パワーアシスト操作時の体制感覚的重量感を変化させ，先の問題を解決し，実用的で安全安心なパワーアシスト装置を開発することである．
体性感覚的重量感を制御するには，人間の重量知覚特性を把握し，それを基に制御手法を考案しなければならない．平成29年度では，視覚的重量感と体性感覚的重量感が異なる場合の人間の物体の操作挙動を調査し，視覚的重量感（予想した重量感）と体性感覚的重量感が異なる場合でも，操作開始は予想した重量感での操作挙動となった．これは，物体を持ち上げる前に人間が予想した重量感を知ることができれば，違和感のない操作が可能であることを湿している．そこで平成30年度では，物体を持ち上げる前に人間の重量感を予測する手法を開発した．実験装置として，平成29年度と同様，応答性能の高いボイスコイルモータを用いた鉛直1自由度パワーアシストシステムを用いて，様々な質量の鉛直一自由度運動を実現できるようにし，人間の持ち上げ力及び物体の位置を測定した．その結果，物体を持ち上げる前の持ち上げ力のピーク値及びその時間により，人間が予想する重量感を得ることが分かり，その計算手法を開発した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初，利用予定であったシャフトモータは，高性能である反面，大きな制御力が必要なパワーアシストシステムでは，シャフト部に配置される永久磁石が非常に強力なものとなり，その磁界は，人体への影響が非常に大きく，その影響を考慮したシステムの設計及び製作は困難であった．そこで平成29年度では，ベルトとプーリーを利用した高性能なパワーアシストシステムを構築し，体性感覚的重量知覚特性の制御を試みる予定としたが，高性能化を目指すために，機構部の摩擦を極力抑える設計をしたため，設計に多くの時間を費やすこととなり，製作を年度内に完了することができなかった．そこで，平成29年度は，目的の1つである違和感の評価に焦点を当て，装置の製作，実験を行った．その結果，把持力の大きさや変化によって，違和感の評価が可能であることが見出され，大きな目標の1つは達成されるとみている．平成30年度では，ベルトとプーリーによるパワーアシスト装置の製作に取りかかったが，中国等のロボット需要の増大により，部品の取得に多くの時間がかかり，納品が年度末となってしまった．そこで，平成30年度では，違和感の発生原因のさらなる調査と，人間が物体をどの程度の重量で持ち上げようとしているかの推定手法の開発を行った．特に，人間の持ち上げ重量の推定は，今までに解明できていなかった重要な特性が明らかとなっており，違和感を解消する為の制御手法の開発に対して重要な結果が得られた．平成31年度にて，10kg程度を持ち上げる高出力パワーアシスト装置を早急に製作し，今までの1kg程度と軽量で行っていた物体持ち上げ実験の結果が，10kgの重量の物体を持ち上げる場合に同様の挙動となるか確かめる必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度では，ダイレクトドライブモータとベルト駆動を利用したアシスト装置を試作し，制御により，慣性，重力を変更して，重量感覚を任意に変更できるかを確認する予定となっていたが，昨今のロボット部品の急激な需要により，製作する部品の納品が大幅に遅れており，30年度中には製作に至らなかった．そこで，平成29年度に利用したアシスト装置を利用して，違和感が発生する要因及び人間の視覚的重量感の予測手法を開発し，新たな知見を得ることができた．そこで，平成31年度は，高出力パワーアシスト装置を製作し，30年度に得られた手法を利用して，重量知覚の問題を解消できるかを確認する．さらに，皮下組織の変形による重量知覚制御についても合わせて検討する．重量知覚特性の検証方法は平成28年度と同様に以下を考えている．まず，パワーアシストの物体と同じ形状，大きさの物体を用意する．パワーアシストされた物体とこの物体を区別するため，前者をアシスト物体，後者を非拘束物体と呼ぶことにする．平成30年度は実用的なパワーアシストシステムを開発するため，アシスト物体の重量は5kgとする．
（１）アシスト物体の運動制御部インピーダンスパラメータの慣性，重力を1kgの質量の同特性と同じにする．また，非拘束物体は1kgの質量と同じにする．（２）アシスト物体と非拘束物体を持ち上げて，感じる重量を比較する．（３）それぞれの感じる重量が異なる場合，平成30年度に開発した視覚的重量感予測手法に基づき，物体の重量を変化させる．
以上により，アシスト物体の操作において，違和感が減少するかを調べる．また，平成30年度で得られた結果と比較し，本実験の確からしさを比較検討する．得られた結果は，とりまとめて学会に発表する．
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