2021 Fiscal Year Annual Research Report
予測質量推定及び質量知覚制御に基づくパワーアシスト装置の違和感低減手法の開発
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20H04274
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
池浦 良淳 三重大学, 工学研究科, 教授 (20232168)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早川 聡一郎 三重大学, 工学研究科, 准教授 (50288552)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ユーザーインターフェース / マンマシンインターフェース / パワーアシスト / 違和感 / 質量感 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パワーアシスト装置は現状の社会に必需となるが，操作者が運搬物体を「重い」と視覚的に感じているにもかかわらず，アシスト装置により必要以上に「軽く」操作できてしまうと，結果的に予想外の急激な危険操作をする可能性が高い．これにより，操作に違和感や恐怖感を抱き，事故につながるなど，緊急に解決しなければならない問題である．この問題は操作者が事前に感じる視覚的重量感と操作中の体性感覚的重量感が大きく異なることが原因と考えられる．そこで，本研究の目的は，制御によりパワーアシスト操作時の体性感覚的重量感を変化させ，実用的で安全安心なパワーアシスト装置を開発することである．
体性感覚的重量感を制御するには，人間の重量知覚特性を把握し，それを基に制御手法を考案しなければならない．そこで，令和３年度では，物体を持ち上げる前の人間の操作力を解析することで，ロジスティック回帰モデルを用いた予測質量感を推定する手法を開発した．次に，令和２年度で行った見た目が異なるが，制御により同じ質量特性とした場合の持ち上げ動作について，その持ち上げ特性と予測質量との関係を調査した．その結果，令和２年度の結果の通り，被験者には予め制御されているおもりに質量を伝えているが，見た目が異なると，予測質量も見た目通りの予測質量で持ち上げていることが分かった．また，回数を重ねて慣れてくると，設定した質量と同等の持ち上げ力の特性となることも分かった．この特性は，慣れれば設定した質量と同等の持ち上げ特性となるわけではなく，時間をおくと慣れがリセットされてしまい，また，見た目に左右されることも分かった．
この知見は，予めある質量特性となるように制御すれば良いのではなく，運搬物体の質量に応じた質量特性をパワーアシスト装置には設定する必要があることを示しており，本研究の必要性を裏付けるものとなっている．
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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
令和２年度については，高出力のダイレクトドライブのアシスト装置を製作する予定であったが，コロナ渦の影響により，設計や部品調達等が大幅に遅れ，製作を行うことが困難となっていた．そこで，令和３年度では，高出力のアシスト装置の製作は保留とし，ロジスティック回帰モデルを利用した予測質量の推定手法の開発とそれによる持ち上げ動作の解析を行った．予測手法の開発については，令和２年度に一部開始をしていたので，スムーズに行うことができた．また，当初の予定である皮膚組織変形機構についても，コロナ渦の影響により設計製作が遅れていたが，令和３年度では，アクチュエータの選定と装置の製作を行った．アクチュエータはダイレクトリニアモータを採用し，人間の質量感覚に支障のない応答の速いものを選定した．また，リニアモータの制御について，皮膚組織を変形できる特性とするよう検討を行った．これにより，令和４年度に実施予定の研究を一部行うことができ，令和４年度の遅れを取り戻すことも検討を行った．さらに，令和４年度では，高出力のアシスト装置の製作を予定しており，そのためのリニアダイレクトモータの選定も予め行っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度までは，1kgの物体の運搬について，議論をしてきたが，令和4年度では，質量5kgの物体の持ち上げについて，予測質量感と体制感覚的質量感の一致方法について検討する．そのため，以下の手順により研究を行う．(1)令和3年度で製作したパワーアシスト装置の製作技術を用いて，新たに5kgの物体の持ち上げが可能で，予測質量を計測するためのパワーアシスト装置を製作する．(2)ある質量感を提示できるようパラメータを設定し，人間の予測質量感と体性感覚的質量感を一致させるため，複数回の練習をした後，指定した速度で持ち上げ動作を行い，その際の持ち上げ力を測定する．(3)質量感と持ち上げ速度を変更して，(2)を繰り返し行い，複数の質量感及び持ち上げ速度の操作力データを取得する．(4)上記(3)のデータのうち，一部を検証用に除外して，物体が持ち上がる前の操作力データから質量感を予測するモデルを構築する．モデルには，HMM（隠れマルコフモデル）やロジスティック回帰モデルを想定している．(5)除外した検証用データを用いて，物体が持ち上げる前に質量感が予測できるかを検証する．上記で開発した予測質量アルゴリズムを搭載したパワーアシスト装置を用いて，予測質量感と体性感覚的質量感が一致するかを検証する．これら得られた結果をとりまとめ，学会発表を行う．
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