2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of high density and accuracy tactile device using MEMS technology
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17K00285
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| Research Institution | Tokyo Polytechnic University |
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Principal Investigator |
曽根 順治 東京工芸大学, 工学部, 教授 (50329215)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ヒューマンインタフェース / バーチャルリアリティ / インタラクション / MEMS / 触覚 / 力覚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、遭遇型多指力覚提示機構の拡張と触覚デバイスの開発、その融合からなる。
遭遇型多指力覚提示機構については、開発プラットフォームを、UnityとSpringHeadをベースシステムとして開発を進めており、多指力覚提示機構を外側から支えるSpidarのエンコーダ情報から手首の姿勢情報をUnityに渡す機能を作成し、仮想現実感システムで、6自由度の指の姿勢の反映機能を作成した。力覚提示の遭遇型を実現するためには、各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構を仮想現実感システムから制御する必要があり、それを制御するFPGAスターターボードに制御や通信プログラム機能を開発している。
触覚提示部は、試作を繰り返している。重要技術は圧電膜の成膜であり、一つはゾルゲル法、他方はスパッタ法である。ゾルゲル法は、３層の圧電膜を成膜し、正極と負極部の貫通通電生成のため、圧電層のエッチング除去と金メッキによる貫通電極生成処理を実施した。貫通電極を外部とワイヤボンディングにより連結処理を実施した結果、金メッキで作成した電極部が小さく、また、圧電膜のエッチング除去が不完全であり、ワイヤボンディング時に、電極の金メッキがはげて、正常にワイヤボンディングできなかった。触覚デバイスの全体強度を増すための補強基板の貼り合わせも検討した。もうひとつの圧電膜の成膜方法のスパッタ法は、RFスパッタ法で成膜を開始した。当初は、ターゲットとベースプレートはねじ圧着で行い、十分ではないが圧電特性も観察された。それ以上の特性を出すには、ターゲットとベースプレートを貼り合わせて、ターゲットの冷却することが必要となり、貼り合わせた。成膜において、酸素流量制御も0.02sccm単位で厳密に行う必要があり、来期は、マスフローとコントローラを高精度品に更新して実験を継続する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
遭遇型多指力覚提示機構の拡張のおいては、手首の姿勢情報をUnityに渡す機能を作成し、Unity上で開発している仮想現実感システムで、6自由度の指の姿勢の反映機能を作成できたが、力覚提示の遭遇型を実現するためには、各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構を仮想現実感システムから制御する必要があり、FPGAによるモータ制御はできるようになってきているが、仮想現実感システムのPCとFPGA間でUSB通信を行う必要があり、その機能を作成している。しかし、使用しているFPGAスターターボードに、FPGAとARM-CPUの両プロセッサーが実装されており、USB通機能がARM-CPU側に実装されているため、ARM開発のプログラム開発環境が必要となり、それが高額のため、開発が停止している。
触覚提示部は、試作を繰り返している。正極と負極部の貫通電極生成のため、圧電層のエッチングによる除去と金メッキによる貫通電極生成処理を実施したが、金メッキ貫通電極と外部電極とワイヤボンディングによる連結処理時に、電極の金メッキがはげて、正常にワイヤボンディングできなかった。これは、金メッキで作成した電極部が小さく、また、圧電膜のエッチング除去が不完全であるため、金メッキと下部の白金層との密着力は低いことによる。本年度からRFスパッタにより圧電膜の成膜を試みている。中古かつ低精度のマスフローでは精度と安定性に欠けるため、精度の高い成膜ができなくなっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
触覚デバイスの開発においては、各触覚生成アクチュエータの電極から外部に配線する時に、金メッキで作成した電極に問題があった。一つは、圧電層のエッチング不足であり、その改善については、東北大学 田中教授の支援をお願いして、エッチング条件を改善する予定である。また、電極部が小さい問題は、各白金電極のパターニングマスクを設計し直し、マスクを再作成する。また、圧電膜のRFスパッタによる成膜については、マスフローとコントローラを高精度品に更新し、高い圧電性能が出る条件を、多くの実験をしながら探す予定である。
遭遇型多指力覚提示機構の拡張については、Unityで開発している仮想現実感システムの仮想指と把持物の接触点を計算して、その情報を基に、遭遇型多指力覚提示機構の各指に実装されている力覚位置変更機構と力覚角度変更機構を制御できるように、指令値を送付する機能を作成する。遭遇型多指力覚提示機構では、FPGAで開発しているシステムでモータ制御が行えるように、仮想現実感システムとFPGAとの通信機能を開発する。
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