2019 Fiscal Year Research-status Report
3D haptic scanner to automate flexible object modeling for force sense presentation
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18K13731
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| Research Institution | Tohoku Gakuin University |
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Principal Investigator |
佐瀬 一弥 東北学院大学, 工学部, 講師 (20805220)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ハプティクス / 力触覚提示 / 有限要素法 / 最適化 / 力覚スキャナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度はハードウェア開発，実際の柔軟物を対象とした剛性分布計測実験，最適化アルゴリズムによる材料特性推定の2次元問題における検討を行った．ハードウェア開発においては，これまでに導入した制御機器を統合し，力覚センサ搭載三軸直交ロボットを用いた計測システムを構築した．これにより，PCを用いた制御によってロボットの動作制御と，対象物接触時の反力測定が可能となった．柔軟物を対象とした剛性分布計測実験では，蒲鉾上のウレタンゲルを成形しロボットの制御によって表面の剛性を測定した．これにより，材料特性推定アルゴリズムへの入力用データを，実測に基づいて作成可能となった．最適化アルゴリズムの開発として，前年度に引き続き2次元問題における手法を検討した．前年度では実用性のある力覚提示への応用を想定し，非線形FEMや力覚提示安定化処理などの複雑な実装を，最適化で用いる物理エンジンとして組み込んでいた．しかし，そのような実装では最適化による材料特性推定で妥当な結果が得られなかった．本年度は，問題の切り分けのためシンプルな実装である線形FEMによる反力解析をベースとした物理エンジンを実装し，これを用いて材料特性推定を行った．このようなシンプルな実装では中点法による最適化（MATLAB fmincon）によって収束が得られることを確認した．ただし，本年度までは数値実験でのみ妥当性評価を行ったため，実対象物の実測値を用いた最適化の有効性は未検討である．実測値の利用や実用性の高い物理エンジンを用いた場合の最適化については次年度の課題として残された．なお，これらの研究過程における成果は，ハードウェアに関して機械学会東北学生会，最適化アルゴリズムに関してバーチャルリアリティ学会年次大会にて報告した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ハードウェア開発については前年度の遅れを取り戻すことができた．また，本研究課題の段階ではロボットは3自由度で十分実施可能であると判断し，当初予定していた5自由度化は行わないこととした．したがって，ハードウェア構築は完了したと考えている．ただし，ソフトウェアについては有効な最適化アルゴリズムの構築が難航しており，実測値に基づく最適化については依然として取り組むことができていない．したがって，進捗状況は「やや遅れている」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定では三次元の不均質材料の材料特性分布の推定を予定していたが，これまでの進捗に基づき最終年度の次年度（2020年度）は，二次元不均質材料推定の提案と実測値を用いた評価を最小限の目標とする．そのために，最適化アルゴリズムの改良に取り組み，数値実験だけでなく実測値を用いた評価にも並行して取り組む．アルゴリズム改良では，問題に適した非線形計画法ソルバーの選択，非線形計画法ソルバーに与える適切な目的関数と制約条件の選択などを中心に改良を進める．順調に進めば，三次元問題への適用を行い拡張性の検討を行う．
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