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2016 年度 実施状況報告書

力覚提示のバーチャルカップリングへの非整数階微分の応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K00266
研究機関福井大学

研究代表者

川井 昌之  福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (00334805)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード力覚提示 / 人工現実感 / バーチャルカップリング / 非整数階微分 / 受動性
研究実績の概要

本研究では、人工現実感で用いられるインピーダンス型力覚提示において、操作者に提示する干渉力の計算時に使用するバーチャルカップリング(VC)に非整数階微分項を用いる手法を提案し、その効果を検証する。平成28年度には、「複数のFIR型近似を用いた場合の最適化手法」「IIR型近似の効果検証」「非整数階微分を用いた場合の被験者が得る感覚の検証」に関する研究を実施した。
FIR型近似を用いた複数の非整数階微分項を持つVCの最適化においては、各項の階数と係数を最急降下法を用いて同時に最適化する手法を提案し、その有効性を確認した。
また、FIR型を用いて非整数階微分を精度よく近似するためには、多くの過去の情報が必要となるが、人間の動特性が常に変化する力覚提示システムでは好ましくない。そこで、より項数が少なく近似ができるIIR型の近似手法について検討した。具体的には、IIR型の近似において代表的なEuler法、Al-Alaoui法、Tustin法について受動性解析を行い、各々の特徴を抽出するとともに、実験によりその特性を確認した。その結果、Euler法の優位性が示されるとともに、人が操作する際にはAl-Alaoui法も有効であることが示された。また、IIR型近似を用いた場合の動物体の提示おける効果も検証した。
さらに、今まで非整数階微分を用いることにより仮想ばね係数が増加できることのみを検証してきたが、被験者の感じる感覚は仮想ばね係数とともに非整数階微分項も付加されるため、感覚的に硬さが増加するかについては未知であった。これに対して、力覚提示におけるタッピング動作において、どのような階数の非整数階微分が硬く感じるかについて考察した。その結果、近似項数が少ない場合は1.3階程度、近似項数が多い場合は0.7階程度の非整数階が硬くなることを順位法による感性評価実験から示した。

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

平成28年度の研究実施計画では、
「複数のFIR型近似を用いた場合の最適化手法」
「IIR型近似の効果検証」
「非整数階微分を用いた場合の被験者が得る感覚の検証」
を実施する予定としていたが、これらを計画通りに実施することができた。

今後の研究の推進方策

計画通りに推進していく予定である。
具体的には、平成28年度に引き続き被験者が得る感覚の評価について実施する。まず、平成28年度に実施したタッピングでの硬さ感覚についてより詳細に考察する。さらに、平成29年度には、非整数階微分で付加される感覚と油などの粘性流体のシミュレーションによる感覚を比較し、物理的な粘り気の感覚と非整数階微分の関係を考察する。これらの関係を導出することで、粘性流体の実時間シミュレーションに非整数階微分項を利用する可能性を検証する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (5件)

  • [学会発表] 非整数階微分を用いた力覚提示におけるサンプリング間隔変動の影響の実験的評価2017

    • 著者名/発表者名
      鈴木彰馬、川井昌之、山岸卓矢
    • 学会等名
      電気学会知覚情報研究会
    • 発表場所
      東京農工大
    • 年月日
      2017-03-27
  • [学会発表] タッピングでの硬さ感覚を用いたFIR型非整数階微分VCの考察2017

    • 著者名/発表者名
      南翔太、川井昌之、杉本裕樹、山岸卓矢
    • 学会等名
      電気学会知覚情報研究会
    • 発表場所
      東京農工大
    • 年月日
      2017-03-27
  • [学会発表] IIR型近似による非整数階微分を用いたVCの動物体に対する有効性2017

    • 著者名/発表者名
      南翔太、川井昌之
    • 学会等名
      日本機械学会 北陸信越支部 第46回学生員卒業研究発表会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2017-03-08
  • [学会発表] VCで利用する非整数階微分項の各種IIR型近似の比較2016

    • 著者名/発表者名
      山岸卓矢、川井昌之、杉本裕樹、南翔太
    • 学会等名
      SI2016
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-12-17
  • [学会発表] 複数の非整数階微分を用いたVC の係数/ 階数同時最適化2016

    • 著者名/発表者名
      山岸卓矢、川井昌之、杉本裕樹
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2016-06-09

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公開日: 2018-01-16  

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