小型汎用高性能6自由度ハプテックインタフェースの開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555067
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 内山 勝 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30125504)
• 研究分担者: 阿部 幸勇 東北大学, 大学院・工学研究科, 教務職員 (80261600) ; KHALID Munawar 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50333852) ; 妻木 勇一 弘前大学, 理工学部, 助教授 (50270814) ; 梅津 真弓 (株)安川電機, 基礎研究所, 研究員(研究職)
• キーワード: ハプティックインタフェース / パラレル機構 / 剛性 / 最適設計 / 6自由度機構 / 力提示 / バーチャルリアリティ / テレオペレーション

研究概要

本研究の目的は、高い汎用性を持つ小型高性能なハプティックインタフェースを開発することである。提案するハプティックインタフェースは、パラレル機構を採用し、6自由度の運動自由度を持ちながら、小型で広い可動範囲を持ち、高帯域の応答特性を満足する高性能のハプティックインタフェースである。しかし、この機構には、その剛性をいかに高めるかということが、大きな研究課題として残されていた。本年度は、提案するハプティックインタフェースの特性改善を目指し、機構の剛性解析モデルの作成及びそれに基づく新たな設計、試作を行った。
一般のマニピュレータ等に採用されているシリアル機構については、機構の剛性解析手法が確立されている。しかし、本研究で採用したパラレル機構については、設計に使える手法は未だ確立されていない。そこで、パラレル機構の剛性を機構パラメータの関数として計算するための新しい解析モデルを作成した。このモデルでは、パラレル機構をシリアル機構の並列接続とみなし、パラレル機構の剛性を各シリアル機構の剛性より合成して求める。シリアル機構の剛性は、各部品の剛性より算出する。これにより、機構パラメータの変更に伴うパラレル機構の剛性変化を容易に予測することが可能となり、よって、剛性面でのハプティックインタフェースの最適化が可能とななる。
以上のモデルに基づき、剛性に関する特性を改善したハプティックインタフェースの設計、試作を行った。その結果、昨年度に試作したハプティックインタフェースの性能を大幅に上回る特性を有するハプティックインタフェースの試作に成功し、当初の目的を達成することができた。

研究成果

• [文献書誌] W-K Yoon, T.Goshozono, H.Kawabe, M.Kinami, Y.Tsumaki, et al.: "Model-Based Teleoperation of a Space Robot on ETS-VII Using a Haptic Interface"Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Seoul, Korea. 407-412 (2001)
• [文献書誌] 尹, 立原, 妻木, 内山: "宇宙ロボットの遠隔操作における操作方式の比較"ロボティクス・メカトロニクス講演会'01講演論文集. No.01-4. 1-2 (2001)
• [文献書誌] W-K.Yoon, S.Tachihara, Y.Tsumaki, M.Uchiyama: "Evaluation of the Different Master Device Approaches for a Model-Based Space Teleoperation System"Proceedings of the 10th International Conference on Advanced Robotics, ICAR 2001, Budapest, Hungary. 357-362 (2001)
• [文献書誌] 伊能, 木南, 妻木, 内山: "複数感覚呈示による6自由度接触シミュレータ"日本バーチャルリアリティ学会第6回大会論文集. 221-222 (2001)
• [文献書誌] 尹, 妻木, 内山, 小田, 土井: "ETS-VII搭載マニピュレーターの遠隔操作時におけるマスタスレーブ方式と力ジョイスティック方式の比較"日本機械学会論文集(C編). 67・662. 3219-3226 (2001)