力触覚代替と動作代行を実現する足部装着型小型インターフェースの開発

• 研究課題/領域番号: 16H06079
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 野崎 貴裕 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (20734479)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2018年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2017年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2016年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: インピーダンス / 動作分解 / 力触覚代替 / 動作代行 / 遠隔操作 / ロボット / 制御 / 電子機器

研究成果の概要

人間は力触覚によって力加減を調節し柔軟に作業をこなしている。しかし、義手等の既存の動作支援装置では力触覚が感じられず、接触対象物を破壊する危険がある。本研究では小型アクチュエータを搭載した足部インターフェースを開発し、従来は得ることのできなかった義手の力触覚を、健常な身体部位である足部に代替させることに成功した。これにより、力強さと繊細さを兼ね備え、かつ、環境適応性の高い動作を実現することが可能となり、事故や疾患等により失われた身体機能を支援することが可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では事故や疾患等により失われた力触覚を自らの健全な身体部位である足部によって代替させる。これは力強さと繊細さを兼ね備え、かつ、環境適応性の高い動作を人工的に実現するアプローチであり、新たな人間支援の形態を提供する。また、代替される力触覚に加工を施すことでパワーアシストなどの実現も可能であり、作業支援などによる産業界への波及効果も期待される。さらに、開発した足部装着型の力触覚供給装置は義手への応用のみならず、着座姿勢における作業に幅広く展開可能なデバイスであることから、次世代のキーインタフェースとなることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)
• [雑誌論文] Multilevel Inverter Topology Using Current Path Change for Zero Current Switching (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto Tomoya、Nozaki Takahiro、Murakami Toshiyuki
  • 雑誌名: IEEJ Journal IA 巻: 8 号: 2 ページ: 250-255
  • DOI: 10.1541/ieejjia.8.250
  • NAID: 130007605843
  • ISSN: 2187-1094, 2187-1108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Telexistence and Real Haptics (2018)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Takahiro、Hangai Satoshi
  • 雑誌名: ロボット学会誌 巻: 36 号: 10 ページ: 668-672
  • DOI: 10.7210/jrsj.36.668
  • NAID: 130007579728
  • ISSN: 0289-1824, 1884-7145
• [雑誌論文] Position and Torque Sensorless Motion Transmission Using Voltage Compensation (2018)
  • 著者名/発表者名: Akutsu Shuhei、Sekiguchi Hiromu、Nozaki Takahiro、Murakami Toshiyuki
  • 雑誌名: IEEJ Journal IA 巻: 7 号: 2 ページ: 150-157
  • DOI: 10.1541/ieejjia.7.150
  • NAID: 130006407840
  • ISSN: 2187-1094, 2187-1108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Artificial Replacement of Human Sensation Using Haptic Transplant Technology (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Satoshi、Sekiguchi Hiromu、Saito Yuki、Iida Wataru、Nozaki Takahiro、Ohnishi Kouhei
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Industrial Electronics 巻: 65 ページ: 3985-3994
  • DOI: 10.1109/tie.2017.2758757
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 接点切替によるインピーダンス変動を用いたブラシ付きDCモータのセンサレス角度推定法 (2017)
  • 著者名/発表者名: Saito Yuki、Nakai Kazuma、Sekiguchi Hiromu、Fukushima Satoshi、Nozaki Takahiro、Ohnishi Kouhei
  • 雑誌名: 電学論Ｄ 巻: 137 号: 11 ページ: 827-836
  • DOI: 10.1541/ieejias.137.827
  • NAID: 130006192003
  • ISSN: 0913-6339, 1348-8163
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Power-based Restoration of Haptic Teleoperation from Communication Blackout (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hangai and Takahiro Nozaki
  • 学会等名: IEEE International Conference on Industrial Informatics
  • 国際学会
• [学会発表] Bandwidth Expansion of Bilateral Teleoperation Based on Synergy of Observer Gain and Velocity Feedback Gain (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Shimmyo, Yuki Saito, Takahiro Nozaki, and Kouhei Ohnishi
  • 学会等名: The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] A Controller Design Method of Bilateral Teleoperation for Velocity Control Driver (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Saito, Shuhei Shimmyo, Takahiro Nozaki, and Kouhei Ohnishi
  • 学会等名: The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Continuously Variable Transmission by High-speed Path Switching of Linear Electro-hydrostatic Actuator (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei Sugihara, Takahiro Nozaki, and Toshiyuki Murakmai
  • 学会等名: The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Observer Structure Considering Reluctance Torque of IPMSM for Noise Resistance (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yamada, Takahiro Nozaki, and Toshiyuki Murakmai
  • 学会等名: The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Extended T-Type Boost Inverter Using Switched Capacitors (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Sugimoto, Takahiro Nozaki, and Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: The 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Extended T-Type Boost Inverter for Capacitance Reduction (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Sugimoto, Takahiro Nozaki, and Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: The 21st IEEE International Conference on Industrial Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Independent Drive of Multiple AC Motors Using Amplitude Modulation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yamada, Takahiro Nozaki, and Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: The 21st IEEE International Conference on Industrial Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of Important Human Motion Feature Using Convolutional Neural Network (2019)
  • 著者名/発表者名: Masashi Fukui, Genki Kokubun, and Takahiro Nozaki
  • 学会等名: The 21st IEEE International Conference on Industrial Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Sensorless Bilateral Control Using Hall ICs (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Akutsu, T. Nozaki, and T. Murakami
  • 学会等名: 2019 IEEE International Conference on Mechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Bilateral Control Based on Equivalent Circuit Model (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Akutsu, T. Nozaki, and T. Murakami
  • 学会等名: 2019 IEEE International Conference on Industrial Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Automatically-tuned Damping Injection for Stable Bilateral Control under Time Delay (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Hangai、Takahiro nozaki
  • 学会等名: 2019 IEEE International Conference on Mechatronics
  • 国際学会
• [学会発表] Haptic Transmission under Time Delay by Using Estimated Environmental Impedance (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Kimura、Takahiro Nozaki、Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: The 5th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization
• [学会発表] Variable Reduction Ratio Mechanism Using Flow Path Change (2019)
  • 著者名/発表者名: Kei Sugihara、Takahiro Nozaki、Toshiyuki Murakami、Tomoya Sugimoto、Satoshi Hangai
  • 学会等名: The 5th IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization
• [学会発表] Selective Wireless Power Transfer via Magnetic Resonant Coupling by Using Variable Impedance Circuit (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nakagawa ; Tomoya Sugimoto ; Takahiro Nozaki ; Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Multilevel Inverter Topology for Switching Loss Reduction (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Sugimoto ; Takahiro Nozaki ; Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Iterative Learning Control for Force Control Considering Environmental Impedance (2018)
  • 著者名/発表者名: Masashi Fukui ; Shuhei Akutsu ; Toshiaki Okano ; Takahiro Nozaki ; Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Position and Torque Sensorless Motion Transmission Using Parameter Identification Based on Least Mean Squares Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Akutsu ; Takahiro Nozaki ; Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Multilevel Inverter Topology Using Current Path Change for Zero Current Switching (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Sugimoto, Takahiro Nozaki, Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: The 4th IEEJ international workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization
  • 国際学会
• [学会発表] 汎用ロボットアームによるカップスタック動作の実現 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野崎貴裕
  • 学会等名: 電気学会全国大会
  • 発表場所: 富山大学（富山県富山市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] Position and Torque Sensorless Transmission Using Voltage Compensation (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿久津修平
  • 学会等名: IEEJ International Workshop on Sensing, Actuation, Motion Control, and Optimization
  • 発表場所: 長岡技術科学大学（新潟県長岡市）
  • 年月日: 2017-03-06
• [学会発表] Position and Torque Sensorless Motion Transmission for Haptic Teleoperation Using Two Types of Voltage Compensation (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Akutsu, Hiromu Sekiguchi, Takahiro Nozaki, and Toshiyuki Murakami
  • 学会等名: IEEE 24th International Conference on Mechatronics and Machine Vision in Practice
  • 国際学会
• [学会発表] Selective Wireless Power Transfer for Multiple Receivers by Using Magnetic Resonance Coupling (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nakagawa, Koichi Furusato, Takahiro Nozaki, Toshiyuki Murakami, and Takehiro Imura
  • 学会等名: International Symposium on Antennas and Propagation
  • 国際学会
• [学会発表] Development of haptic prosthetic hand for realization of intuitive operation (2016)
  • 著者名/発表者名: 福島聡
  • 学会等名: The 42nd Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society
  • 発表場所: Firenze, Italy
  • 年月日: 2016-10-24
• [学会発表] Robust Force Control of Series Elastic Actuators using Sliding Mode Control and Disturbance Observer (2016)
  • 著者名/発表者名: Emre Sariyildiz
  • 学会等名: The 42nd Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society
  • 発表場所: Firenze, Italy
  • 年月日: 2016-10-24
• [学会発表] A Robust State-Space Controller Design for Multi-Mass Resonant Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Emre Sariyildiz
  • 学会等名: The 42nd Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society
  • 発表場所: Firenze, Italy
  • 年月日: 2016-10-24
• [学会発表] 力触覚移植技術を用いた汎用人工手の開発 人に優しいモータ駆動技術の新展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野崎貴裕
  • 学会等名: LIFE2016
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-04
• [学会発表] 慣性負荷を用いたブラシレス DC モータの精密センサレス制御および給茶装置の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野崎貴裕
  • 学会等名: 電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 群馬大学（群馬県前橋市）
  • 年月日: 2016-08-30
• [学会発表] 周期慣性負荷を用いた逆起電力定数変動にロバストなセンサレス制御の指令値追従性能に関する検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中井一真
  • 学会等名: 電気学会産業応用部門大会
  • 発表場所: 群馬大学（群馬県前橋市）
  • 年月日: 2016-08-30
• [学会発表] Robust Vibration Control of Two-Mass Resonant Systems in State Space (2016)
  • 著者名/発表者名: Emre Sariyildiz
  • 学会等名: The 14th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control
  • 発表場所: Auckland, New Zealand
  • 年月日: 2016-04-22
• [学会発表] Development of Meal Assistance Device for Patients with Spinal Cord Injury (2016)
  • 著者名/発表者名: Emre Sariyildiz
  • 学会等名: The 14th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control
  • 発表場所: Auckland, New Zealand
  • 年月日: 2016-04-22
• [学会発表] 力触覚を有する７自由度汎用人工手の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野崎貴裕
  • 学会等名: 電気学会メカトロニクス制御研究会
  • 発表場所: 芝浦工業大学（東京都江東区）
• [学会発表] ハプティック義手安全性向上のためのトルク制約制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福島聡
  • 学会等名: 電気学会メカトロニクス制御研究会
  • 発表場所: 芝浦工業大学（東京都江東区）
• [学会発表] 生活支援デバイスの開発と力触覚の重要性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福島聡
  • 学会等名: 第7回全国電動義手研究会
  • 発表場所: 兵庫県リハビリテーションセンターリハビリ中央病院（兵庫県神戸市）
• [備考] 慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科野崎研究室
  • URL: http://www.fha.sd.keio.ac.jp/jp/nozaki/nozaki.html
• [備考] 慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科 野崎研究室
  • URL: http://www.fha.sd.keio.ac.jp/jp/nozaki/nozaki.html
• [備考] 慶應義塾大学理工学部システムデザイン工学科 野崎研究室
  • URL: http://www.fha.sd.keio.ac.jp/jp/nozaki/nozaki.html