2020 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of ring-type fingertip force measurement technology without preventing fingertip sensation and movement
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20H02105
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
奥山 武志 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40451538)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 指 / 腱 / 押し込み試験 / 指先力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、指輪型センサによって生じる力学現象を解析するために、指の腱を突起で押し込んだ際の押し込み力、押し込み量、その時の超音波断層画像を計測するシステムを製作した。指に対する実験では、押し込み量により指の力学特性が変化する傾向が見られ、センサ装着時と類似した状態での指の見かけのばね剛性パラメータを得ることができた。この成果は、力学モデルに必要となるパラメータの候補を検討する上で重要な知見である。
また、指先にかかる力と腱張力の関係の力学モデルについては、多関節リンク機構のマニピュレータの動力学を指の動作に適用するとともに、皮下組織と腱をバネと弦を組み合わせた要素に置き換えた力学モデルを考え、関係式を導出した。この力学モデルから得られた関係式を用いて実験値との比較を行い、指の各リンクが同一直線上にある場合（伸展状態）において、指先力の方向をリンクに対して垂直方向に限定することで、実験値とある程度一致する結果が得られることが確認された。限定的な条件であるが、力学モデルの構築の基盤として不可欠な成果である。
さらに、親指にかかる力の計測にも取り組み、親指に対する指輪型センサを人差し指と同様に試作した。内外転および屈伸時のセンサ出力を実験で確認した結果、指の姿勢の変化に伴いセンサ出力も変化に加えて、姿勢により力の計測感度も変化することが確認された。この実験結果に線形回帰解析を行い、感度変化および姿勢に伴うセンサ出力変化を補正した上で力の推定を行った結果、力変化に伴うセンサ出力変化は計測できるが、推定誤差が大きいことが分かり、今後、姿勢などの条件を系統的に変化させた実験とそれに基づく回帰解析に加えて、力学モデルによる関係式の導出が必要であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた押し込み試験装置については、装置の製作が完了し、現在多くの実験を行うためのプロトコルの策定を行っている段階であり、若干予定より遅れているが、次年度以降に実施する予定であった親指へのセンサの適用を本年度から取り組むことができ、来年度以降の研究進展に重要な知見を得ることができたことから、概ね順調に進展していると考えます。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、研究代表者の他に３名の研究協力者（大学院生）が参画する予定であり、①押し込み実験および力学モデルの構築、②複数の指へのセンサの適用とその動作計測への応用、③動作や感覚への生理的・心理的影響の解明のそれぞれ課題に研究協力者を１人ずつ配置し、研究代表者と協力して、３つの課題を並行することで、研究を推進できる体制を整える。また、押し込み試験については、複数の被験者への実験を計画しており、所属機関の倫理委員会の承認手続きは完了し、円滑に実験を実施できる。
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Research Products
(1 results)
