2020 Fiscal Year Research-status Report

sEMGを用いた物体への把持・負荷力推定による視触覚変形提示システムの実現

Research Project

Project/Area Number	19K20315
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	伴祐樹東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (20789391)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	Pseudo-Haptics / 把持力推定 / sEMG / Virtual Reality
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，把持物体に力を加えた際の前腕部sEMGの変化に着目し，物体に対する掴み・引っ張り・曲げ・ねじり等の種類の把持操作中に発生する力の方向と大きさを推定する学習モデルを構築し，簡易なデバイス構成で物体変形感を提示可能な視触覚変形提示システムを実現することを目指している．本年度は，複数の把持姿勢，把持物体形状下での把持物体への力方向，大きさ推定手法を構築した．複数の把持姿勢に対応可能なモデル構築にむけた学習データ収集のため，六軸力センサと圧力センサを内蔵した円筒形物体を5種類の手腕姿勢で把持し，せん断，押下方向の力を計測するとともに，筋電計によりユーザの前腕部sEMG，距離カメラにより手腕の把持姿勢（ボーンデータ）を同時に計測した．当初の計画では把持姿勢のボーンデータとsEMGの周波数スペクトルを入力，把持物体へのせん断，押下方向の力を出力とするモデルの構築を検討していたが，検討の結果学習が進みにくいことが明らかになったため，ボーンデータから把持姿勢を分類するモデルを別途構築し，その分類結果を把持力推定モデルの入力とする手法を構築した．被験者実験によりモデルの推定精度を検証したところ，5種類の把持姿勢については100%，力方向については80%以上，大きさについては70%以上の精度で推定が可能なことを確かめた．加えて，Pseudo-haptics効果をより向上させる手法を検討するため，本分野の先行研究の整理を行い，その成果をサーベイ論文として発表した．また，整理を進める中で先行研究で実現されていないことが明らかになったPseudo-hapticsによる撃力提示を行う手法を検討・実装し，被験者実験によりその効果を確かめた．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason COVID-19による緊急事態宣言発令につき計画していた被験者実験が行えない状況が生じたため，構築した把持力推定モデルを用いた，Pseudo-hapticsによる物体変形錯覚の効果検証については予備的な検証しか行うことができなかった．2021年度に本検証を実施する予定である．一方，Pseudo-haptics効果の向上を目指し，本分野の先行研究の整理を行いサーベイ論文として発行できたことは本年度の成果である．
Strategy for Future Research Activity	2020年度に構築した複数把持姿勢に対応可能な把持力推定モデルを用いて，被験者実験によりPseudo-hapticsによる物体変形錯覚の効果検証を行い，検証結果をまとめて対外発表をおこなう予定である．
Causes of Carryover	COVID-19による非常事態宣言発令により，2020年度に計画していた一部の被験者実験を行うことができなかったため，2021年度にその実験を行い，結果を論文にまとめて投稿する予定である．次年度使用額は実験環境構築費と被験者謝金，論文投稿のための英文校正料，論文出版料に使用する計画である．