柔軟物の計測と操作ができるロボットハンドを用いた「気持ちを感じる・伝わる」手法

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K13088
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 丁 明 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助教 (40585840)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ロボットハンド / 撫でる動作 / タッチケア

Outline of Annual Research Achievements

本研究は人と接触できる柔軟な物体を操作するロボットハンドの開発により，接触相手の気持ちを感じ，自分の気持ちも相手に伝える手法を提案することが目的である．本年度は研究の初年度で，人の撫でる動作の計測とロボットハンドの必要様相の検討を行った．
まず，人が他人を撫でる時の動作を観測し，同時に撫でられる方からの感覚も調査した．更にマネキンとホースプレートを用いて，撫でる動作に必要な力も測定した．得られた人の動作と力に基づき，今後ロボットハンドの制作と開発に利用する．
人の撫でる動作を実現するため，ロボットハンドの試作も行った．３Dプリンタを用いて，自由度と形が異なるロボットハンドを複数個制作した．制作したハンドを直接に人が持って他人に接触する時の感覚を比較し，人を接触するハンドに必要な要素を抽出した．更に制作したロボットハンドをロボットアームにも取付け，バネ機構を利用することで，撫でる動作中に人との接触状態を維持し，接触力を一定範囲内に維持することを実現した．制作ロボットハンドの特性を比較する実験結果により，人のような接触を実現するためには必ず人の手に酷似するハンドが必要ではないことが判明した．ロボットハンドの表面は柔らかい素材で被ることで，より人間らしい接触動作ができる．更にロボットハンドを事前に温めることで，より人間らしい接触動作ができると判明した．来年度はそれらの結果を参考しロボットハンドの改良及び制御手法の提案に利用する．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は人と接触し気持ちを感じる・伝わるロボットハンドを開発するため，当初の予定通り本年度は，（１）人の撫でる動作の計測と（２）ロボットハンドの試作を行った．
（１）マネキンやフォースプレートなどを用いて，人が手で撫でる動作を行った時の動作及び力を観測し測定を行った．更に試作した複数種類のロボットハンドを人が持って他人に接触する実験も行った．触られた被験者からのアンケート調査により，人らしい接触ができるロボットハンドの制作に必要な要素を抽出した．
（２）３Dプリンタを用いて，自由度と形が異なるロボットハンドを複数個制作した．制作したロボットハンドをロボットアームの先端に取付け，位置制御とバネ機構により，凹凸のある人の背中でも接触し続け，接触力を一定範囲内に収まることを実現した．被験者実験により，制作したロボットハンドと制作方法の評価を行い，人を接触するロボットハンドの必要な要素を抽出した．更にハンド温度の調整で，接触温度の重要性も示した．

Strategy for Future Research Activity

本研究の初年度で得られた結果に基づいて，第二年度も予定通り撫でる動作に適するロボットハンドを制作する．必要な自由度のみでロボットハンドを制作する．人らしい接触感を実現するため，ロボットハンドの表面に柔らかい材料を利用する．電熱線や温度センサを取り付けることで，ロボットハンドの接触温度も調整できるようする．
更に，ロボットハンドの動作と力情報を用いて，接触物体の形状，柔軟さ，粘弾性などを推定できるようにする．人からの計測データに基づき，接触する時の動作と力が同じになるように，ロボットアームに取り付けるロボットハンドを制御することを検証する．

Causes of Carryover

実験結果により，当初ロボットハンドの指先の力を計測する予定でしたが，ハンド全体の押付力などの接触力がより重要であると解明したため，指先の力センサの購入を中止し，来年度の実験結果によりハンド全体の力を計測できる力センサを検討している．それに応じてロボットアームと力の制御を同時に実現できる制御用PCと必要な計測機器も次年度で購入する予定です．