2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design method of force feedback mechanism using magnetic force of permanent magnet
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18K18097
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
尾形 正泰 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (60783818)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 触覚 / ヒューマンインタフェース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、永久磁石の磁気力を用いた力触覚について、これを実現するための工学的な計算手法および人間の感覚器との関係性を明らかにするものである。永久磁石の磁気力を用いた力触覚について、本研究では磁石触覚と定義した。磁石触覚とは、人の手の動きによってリアクティブに生じる磁石間力による触力覚フィードバックについて、物理的な関係性として定式化された触覚のことである。具体的にはヒューマンインタフェースやタンジブルインタフェースにおいて触力覚を持つ機構を容易に設計して利用することを実現した。これまで、リアクティブな触力覚を持つ機構を設計する手法は素材構造、バネ機構などで実現されてきたが、それぞれ高精度な製造機器の要求、バネを組み込む設計の煩雑さの点で、設計と組み立ての両方におけるユーザの敷居が高かった。磁石を利用することでそれぞれの欠点を解消し、かつ簡単な設計と組み立てで強力な力触覚を提示する手法を実現した。技術的方法として、磁石を細分化された磁極として扱い、複数の磁石の間に生じる磁気力について、リアクティブな操作を行う軌道においてそれぞれ計算を行うことで、軌道全体での力触覚を計算する。実際の組立工程では、まず目標とする磁石触覚を得るために、空間内に磁石を配置する反復作業を行う。磁石の配置に応じて変化する磁石触覚のグラフの形状が満たされたら、あらかじめ磁石を配置するための空洞が開けられた3Dデータが出力される。このデータから3Dプリンタなどのデジタルファブリケーションツールを用いてヒューマンインタフェースを出力し、磁石を埋め込むことで、磁石触覚を組み込んだデバイスを組み立てることができる。また、この計算のためのソフトウェアは、Python言語で記述された配布可能なツールとして作成したため、3D設計ツールなどとの連動も可能である。
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