2013 Fiscal Year Annual Research Report
多自由度システムエネルギー変換に基づく超微細行動空間基盤の構築
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24686037
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
桂 誠一郎 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (00401779)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | システムエネルギー変換 / 電気機器工学 / ハプティクス / 超身体 / 人間支援 / 超微細行動空間 / 電機統合システム / 力触覚 |
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| Research Abstract |
本研究では、人間行動空間と超微細行動空間のインタフェースとなる多自由度ピコスケールハプティクス基盤を構築することを目的としている。具体的には、ピコスケールハプティクスに特化したシステムエネルギー変換技術の設計方法論を確立し、超微細行動空間からの力覚フィードバックの基本原理を明らかにすることを目標としており、本年度において次のような研究実績を得ることができた。
１．ピコスケールモーションコントロール技術の検討
コアレス・コギングレスのダイレクトドライブモータと３１ピコメートルクラスの分解能を持つリニアエンコーダを統合した世界最高レベルのピコスケールシステムのためのモーションコントロール技術の検討を行った。一般的にセンサの分解能が高くなればなる程、信号とノイズの区別がつきにくくなるため、加速度制御の達成が困難になる。この問題に対して、本研究ではセンサノイズを確率的な外乱と捉え、シュレディンガー方程式に基づくシステムのモデル化ならびに外乱オブザーバの新しい設計手法を提案した。提案手法により確率的外乱の補償が可能になり、高精度なモーションコントロールを達成することに成功した。
２．ピコスケールハプティクス技術の検討
本年度はさらにピコスケールの力触覚を拡大して操作者にフィードバックし、微細マニピュレーションを支援するためのピコスケールハプティクス技術について検討を行った。上記モーションコントロールに基づく加速度制御を援用したバイラテラル制御系により、透明性の高いピコスケールハプティクスの実現が可能になることを基礎実験により確認した。また実際の微細マニピュレーションを想定し、粗動モードと微動モードをシームレスに実現するための新しい次元変換スケーリング手法の提案を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ピコスケールハプティクス技術の開発にあたっては、バイラテラル制御系の新しい設計手法の提案のみならず、センサノイズに起因する確率的外乱補償などの要素技術について総合的に検討がなされている。特に、モーションコントロール手法に関してFA財団論文賞の受賞につながり、またバイラテラル制御の実現手法に関して電気学会優秀論文発表賞を受賞するなど、その成果は高く評価されている。この高いレベルでのピコスケールハプティクス技術をの微細マニピュレーションに導入することにより、構築される超微細行動空間そのものも高性能化が見込まれ、当初の計画以上の成果が得られることが期待されるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に検討を行ったピコスケールハプティクス技術を多自由度化し、人間行動空間と超微細行動空間のインタフェース構築を行う。特に、力触覚を拡大するスケーリングを導入し、人間行動空間・超微細行動空間に対して双方向のインタラクションをリアルタイムに提供可能なシステムの構築を進める。その際、ピコスケールの信号を効率良く抽出するための時空間システムデザイン方法論の導出を目指す。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度に開発を予定している多自由度インタフェースの構築において、ピコスケールでのセンサ情報の取得のための高速な信号処理が不可欠であり、専用ハードウェアによる制御演算処理の高速化が必要であることが明らかになったため。
次年度において専用ハードウェアを構築することにより、超微細行動空間基盤構築のための時間・空間分解能を向上できる。
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