マイクロ多軸力センサを用いたハイブリッド型センサフュージョンシステムの試作研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03555046
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 光石 衛 東京大学, 工学部, 助教授 (90183110)
• 研究分担者: 鎮西 恒雄 東京大学, 先端科学技術センター, 助手 (20197643) ; 藤正 巖 東京大学, 先端科学技術センター, 教授 (30010028) ; 長尾 高明 東京大学, 工学部, 教授 (80010685)
• キーワード: マイクロ・ハンドリング・システム / 多軸力センサ / 多軸力情報ー聴覚情報変換 / 臨場感伝送 / テレ・オペレーション / マスタ・スレーブ・システム / バイラテラル

研究概要

本年度は、前年度に作成した分散処理が可能なトランスピュータ・システムを中心として、人間が通常の世界にいながらにして微細な世界で多軸力情報を得ながら操作・加工できるシステムを構築することを行った。具体的には、(i)マイクロ・メートルからミリ・メートルの範囲において遠隔で加工や操作が可能なシステムの構築と、(ii)このようなシステムの操作性を向上させるため人間の五感情報のうち特に聴覚情報に着目して、多軸力情報を聴覚情報に変換して提示する手法の構築とを行った。
本年度試作した遠隔微細操作加工システムは、次の各要素から成る:マイクロ・ハンドリング部、マスタ・マニピュレータ部、実体顕微鏡部、多軸力情報-聴覚情報変換提示部、コントローラ部。マイクロ・ハンドリング部は、人間の右手と左手に相当する2組の系から構成されており、各系は粗動部、微動部、多軸力センサ、エンド・エフェクタ部(工具)とから成っている。工具に作用する多軸力を測定するため右手と左手の両方に3軸の力センサが組み込んである。この多軸力センサは、今年度新たに製作されたもので平行平板構造をしている。その薄肉部に生じる歪を箔ゲージによって検出する。定格は、各軸方向ともに900mNであり、最小分解能は0.45mNである。検出された多軸力情報は歪増幅器によって増幅され、制御コンピュータ(トランスピュータ・システム)に取り込まれる。この信号は操作性を向上させる力帰還型バイラテラル・システムを構築すため、マスタ・マニピュレータに送られる。さらに多軸力情報を聴覚情報に変換するため、信号をDCアンプに出力し、スピーカに送る。多軸力センサからの力情報を並列に処理するトランスピュータ上で実行されるプログラムとマスタ・マニピュレータを制御する実時間コントローラとの間の通信ソフトウェアは、ワークステーションのSbusの結合されたルート・トランスピュータ上で実行される。
試作したシステムを用いて作業者(被験者)にアルミ合金上に塗殻した塗料(厚さ数100μm)を一定押し込み力で除去させる操作を行わせた。これは、プリント基板上の配線の修理を模擬したものである。この実験により多軸力情報を検出しそれを聴覚情報として操作者に提示することによって押し込み力をほぼ一定にしながら操作可能となったことが判り、システムの有効性が確かめられた。

研究成果

• [文献書誌] 光石 衛: "A User-Friendly Manufacturing System for Hyper-Environments" Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation. 25-31 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "A Manufacturing System for the Global Age" The Eighth International IFIP WG5.3 Conference(PROLAMAT'92). 841-852 (1992)
• [文献書誌] 畑村 洋太郎: "A Fundamental Structure for Intelligent Manufacturing and Its Application to a Machining Center" The Eighth International IFIP WG5.3 Conference(PROLAMAT'92). 131-143 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "Trial of a Remote Reality-Based Manufacturing System in Japan Operated from the United States" 1992 Japan-USA Symposium on Flexible Automation. 1491-1498 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "Real-time Machining State Detection Using Multi-axis Force Sensing" Annals of the International Institution for Production Engineering Research(CIRP Annals.). 41. 505-508 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "A Tele-Machining System Using Multi-Axis Force Data and Stereo Sound Information" Proceedings IEEE International Workshop on Robot and Human Communication. 227-234 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "Development of tele-operated micro-handling/machining system based on information transformation" Proceedings IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems'93(IROS'93). (1993)
• [文献書誌] 光石 衛: "多軸力情報-聴覚情報変換法に基づく遠隔臨場感微細操作加工システム" 日本機械学会第70期通常総会講演会. (1993)
• [文献書誌] 光石 衛: "聴覚情報を用いたテレ・マシニング・システム" Human Interface,News and Report. 7-2. 307-312 (1992)
• [文献書誌] 佐藤 知正: "マイクロハンドリング技術" Micro Machine-Journal of Micromachine Society. 5-1. 69-72 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "多軸力・立体音情報を用いたテレ・マシニング・システム" 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'92. B. 345-350 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "セルフモニタリングとニューラルネットワークを用いた工作機械の熱変形制御" 1992年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 433-434 (1992)
• [文献書誌] 畑村 洋太郎: "フェイルセイフテーブルの開発" 1992年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 797-798 (1992)
• [文献書誌] 光石 衛: "聴覚情報への変換による異世界間の情報伝達システム" 日本ロボット学会学術講演会予稿集. 439-442 (1992)
• [文献書誌] 佐藤 知正: "微細作業ロボット操作のためのヒューマンインターフェイスシステム" ロボット学会学術講演会予稿集. 425-428 (1992)
• [文献書誌] 佐藤 知正: "視覚・力覚情報を手元に集中させた遠隔微細操縦システム" 日本機械学会第70期通常総会講演会. (1993)
• [文献書誌] 光石 衛: "実時間加工状態判定法に基づく切削条件自動設定システムの開発" 1993年度精密工学会春季大会講演論文集. (1993)
• [文献書誌] 光石 衛: "3次元ジョイスティックを用いた工作機械の臨場感遠隔操作システム" 1993年度精密工学会春季大会講演論文集. (1993)
• [文献書誌] 堀 俊夫: "実時間加工状態判定法に基づく遠隔加工におけるパイラテラル制御" 1993年度精密工学会春季大会講演論文集. (1993)
• [文献書誌] 割澤 伸一: "実時間加工状態判定法を用いた薄物部品の適応制御切削の試み" 1993年度精密工学会春季大会講演論文集. (1993)
• [文献書誌] 川崎 淳司: "多軸力センサを用いたタップ加工の解析" 1993年度精密工学会春季大会講演論文集. (1993)
• [文献書誌] 中尾 政之: "構造体の変形情報抽出に用いるセンサの開発" 1993年度精密工学会春季大会講演論文集. (1993)
• [文献書誌] 光石 衛: "人工現実感技術を用いた異世界間の操作・加工システム" 日本ロボット学会誌. 10-7. 909-920 (1992)