| 研究課題/領域番号 |
21K14146
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
斉藤 佑貴 慶應義塾大学, 新川崎先端研究教育連携スクエア, 特任助教 (50869229)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 平面アクチュエータ / 多自由度制御 / ビジュアルサーボ / 画像処理 / 機械学習 / 力触覚伝送 / ビジュアルフィードバック / モーションコントロール / パワーエレクトロニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では平面上で自由に動作・力検出が可能なシステムへカメラによるビジュアルフィードバックで力触覚伝送制御を実装することで、操作者に負担の少ない、小型、堅牢かつ安価な力触覚伝送システムを実現する。目的達成のため、前後左右および回転の3自由度動作が可能な平面アクチュエータを開発し、その制御手法を確立する。更に、カメラから得られる低分解能かつ低周期なフィードバックで実現可能な力触覚伝送制御を提案し、力触覚伝送実証実験により有用性を確認する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では新たに開発する平面3自由度アクチュエータ、提案するビジュアルフィードバックによる力触覚伝送制御手法を統合することで、低コスト・堅牢かつ操作者の負担軽減が可能な力触覚伝送システムを実現する。本研究目的を確実に達成するため、本研究では五年間の研究期間を三つの小期間に分割。各期間に小目的を設定し研究を推進する。
本年度は研究計画第二期（2023年4月～2024年3月）に該当し、新たに「B.ビジュアルフィードバックによる力触覚伝送制御の確率」に取り組んだ。本研究計画第一期にて開発した2次元平面上でX、Yおよびロール（姿勢）の動作、力検出が可能な平面3自由度アクチュエータに力触覚伝送制御を組み込むためには高精度な位置情報のセンシングが必要となるが、各自由度に機械的なセンサを取り付けると操作者の作業が阻害されてしまい、本アクチュエータの利点が減ってしまう。そこで、本取り組みではカメラからの視覚情報による位置情報センシングをベースとした制御を目標とする。カメラからの視覚情報による位置情報は分解能が粗く、更新周期も 30～60Hz 程度と遅いため、基本的には力触覚伝送の制御フィードバックとしては不適とされてきた。そこで、本年度はビジュアルフィードバック情報をアクチュエータの電気的信号解析によって補間することで上記問題の解決を図り、一自由度の直流電動機により原理の検証を実施した。当初の予定ではマーカや色検出を用いた画像処理により位置情報を検出する予定であったが、学会の場で意見交換を行うことで、最新の研究動向についても調査し、新たに機械学習による位置情報検出にも取り組むことで、より装置の制約が少なく、照明条件にもロバストな手法を構築した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画第二期（2023年4月～2024年3月）に開発予定であったビジュアルフィードバックによる制御システムの構築に着手し、一自由度の直流電動機を用いた検証機により上記の原理検証を実施した。当初の見込みではマーカや色検出を用いた画像処理により位置情報を検出する予定であったが、新たに機械学習による取り組みを行うことで、より装置の制約が少なく、照明条件にもロバストな手法を構築でき、現段階では当初の計画通りに進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
既存の多自由度遠隔操作システムにおいては、操作者の動作と駆動系の機構が干渉し、操作者自身がロボットの動きを妨げないようにする必要があった。また、カメラによる視覚情報を制御に用いることはビジュアルサーボと呼ばれ、多くの研究がなされているが、いずれも力触覚を伴わない「固い」位置・速度制御のみに利用されてきた。本研究では、平面上を自由に移動可能なアクチュエータを開発し、カメラによるビジュアルフィードバックを採用した力触覚伝送制御を適用することで、多用途に展開可能な次世代の力触覚伝送システムを実現することである。2024年度以降は、これまでに開発した平面3自由度アクチュエータとビジュアルフィードバックによる制御技術を統合して本研究の最終目標に向けて推進予定であり、画像処理による磁極位置検出を含めた制御性能の高精度化に取り組む。また、前年度までの取り組み内容を含めた成果の発信についても積極的に取り組んでいく予定である。
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