感覚フィードバック型ハンドのための触感覚呈示システムの開発

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555090
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 伊福部 達 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70002102)
• 研究分担者: 井野 秀一 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (70250511) ; 泉 隆 北海道東海大学, 工学部, 講師 (80193374) ; 川嶋 稔夫 北海道大学, 工学部, 助教授 (20152952) ; 高橋 誠 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (10154858)
• キーワード: 触覚 / 人工現実感 / ロボットハンド / 材質感

研究概要

電子義手や機能的電気刺激およびテレイグジスタンス型ロボットや人工現実感などの分野では触感覚をどのように人間の皮膚にフィードバックさせたり呈示させるかが大きな課題となっている。本研究では、これらの課題に応えるために、材質感のような触覚の質に関する感覚がどのような物理的要因で規定されるかを心理物理実験を通じて調べ、触感覚をできるだけ忠実に呈示するシステムを提案した。また、水素吸蔵合金を利用したアクチュエータを利用し、触感覚ばかりでなく上腕に力感覚を呈示する装置の開発を行った。これらの呈示システムを感覚フィードバック型ハンドに組み込んで評価を行い、その有効性を確かめた。以下に、得られた結果を要約する。
(1)表面粗さ、粘度および熱容量の異なる物体を指先で触れたとき、粒子径が30μmを境に「さらさら」感から「ざらざら」感に移行すること、粘度が17dPa・sで「ぬるぬる」感が最大になること、皮膚温度の時間パターンが材質の識別の手がかりとなることが分かり、ペルチエ素子により皮膚温を可変にすることで、ある程度の材質感を呈示することができることを実証した。
(2)物体を把持したときの「ずれ弁別閾」は20μm-30μmとなり、ずれ弁別閾には方向依存性があること、皮膚温が32℃のときに弁別閾が最も低くなることが分かった。水素吸蔵合金を利用したアクチュエータを設計し、アクチュエータを上腕に装着して力情報を呈示した結果、仮想物体の重量感を知覚させることができることが分かった。
以上から、触感覚に関する多くの形容詞が表面粗さ、粘性及び温度の3つのパラメータで表現できる可能性が示された。今後は、本課題で得られた知見や技術を基に、感覚フィードバック型ハンドのための触感覚呈示システムを構築していきたい。

研究成果

• [文献書誌] 井野秀一,泉隆,高橋誠,伊福部達: "感覚フィードバック型ハンドのための把持感覚に関する心理物理的研究" 電子情報通信学会論文誌D-II. J75. 1909-1916 (1992)
• [文献書誌] S.Ino,T.Izumi,M.Takahashi,T.Ifukube: "Design of an actuator for tile-existence display of position and force to human hand and elbow" J.Robotics and Mechatronics. 14. 43-48 (1992)
• [文献書誌] 井野秀一,泉隆,高橋誠,伊福部達: "物体接触時の皮膚温度変化に着目した材質感触覚ディスプレイ方式の提案" 計測自動制御学会論文誌. 30. 345-351 (1994)
• [文献書誌] T.Ifukube,C.Wada,T.Izumi,M.Takahashi: "A new display method of vibratory patterns for a fingertip tactile vocoder." Proc.Inter.Conf.IEEE in MBE. 14. 1318-1319 (1992)
• [文献書誌] S.Shimizu,S.Ino,T.Izumi,M.Takahashi,T.Ifukube: "Development of actuator using metal hydride for force display to elbow joint" J.Robotics and Mechatronics. 5. 220-225 (1993)
• [文献書誌] 伊福部 達: "人工現実感と触覚" 日本ロボット学会誌. 10. 885-892 (1992)
• [文献書誌] 伊福部 達: "水素吸蔵合金の最新応用技術" シーエムシー, 23 (1994)
• [文献書誌] 伊福部 達: "人工現実感" コロナ社(印刷中), (1994)