| 研究課題/領域番号 |
15K20991
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
田原 麻梨江 東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (60721884)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 弾性菅 / ゴム / 触覚センサ / 柔らかい / フレキシブル / 福祉 / 音響 |
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| 研究実績の概要 |
現在、医療や介護用ロボットの需要が高まっている中で、人が触れても違和感のない触覚センサで、どれくらいの力がどこに加わっているのかを測定できる分布型センサが望まれている。本研究では、シリコンゴム製導波路の中を伝搬する音の特性を利用することによって、柔らかくまた加重位置の分布を測定できる触覚センサを開発することを目的とする。
本年度は、小型の二次元シリコンゴム導波路(幅5 mm)の製作を行った。ゴム基板に蛇行した音響導波路を設けることで、平面上のどの位置に荷重が加えられたのかを検出できる２次元センサを試作した。縦50 mm、横50 mmのゴム基板上に幅5 mm、深さ5 mmの溝を作り、溝を覆うように上下から厚さ2 mmのゴムの板で挟むことによって導波路を作製した。蛇行型と渦巻き型の２種類の導波路を製作した。
作製した導波路が二次元触覚センサとして機能しているのか確認するため、評価実験を行った。イヤホンからスイープ音源を送信後、マイクロホンで干渉波を受信した。これらの制御は周波数分析装置(FRA)を用いて行った。荷重印加状態の特性と荷重のない状態の結果の差分をとり、位置応答とした。荷重位置を11通り変えて実験した結果、数mmの誤差はあるものの、荷重を加えた位置で明瞭な応答が発生していることが確認できた。
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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
当初の計画通り、一年目となる本年度は、小型の二次元シリコンゴム導波路の製作を行い、
動作確認をすることができた。具体的には、まず二次元導波路用の型を機械加工によって製作した。次に、導波路用の型にひと肌程度の柔らかさの樹脂を流しこみ、固めて成型加工した。固まった樹脂を型から外し、二次元の溝（導波路）を製作した。また、別に薄い樹脂のシートを製作した。二次元の溝を薄いシートで被うことによって、二次元導波路の製作に成功した。
次に、周波数分析装置を用いて二次元の触覚センサとしての性能を評価した。周波数の低い音から高い音までスイープさせてイヤホンから発振し、導波路管内で干渉した波をマイクロホンで受信した。受信波形にFFT演算を2回施し、位置応答から加重が加わっている位置を検出するシステムを構築した。ここで、荷重印加状態の特性と荷重のない状態の結果の差分をとり、位置応答とした。加重を加える位置に応じて、位置応答が変化し、加重の位置を二次元で検出できていることを確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
現状の導波路の配列方向の配列間隔、すなわち加重検出の空間分解能は10 mm程度である。今回のセンサをロボットの指の触覚に応用することを考えると大きいため、数mm程度まで小さくする必要がある。導波路の配列方向の分解能は導波路の幅に依存する。そのため、この導波路をどこまで細くできるのか、ということを検討する必要がある。また、導波路の幅を細くした場合や長さを変えた場合について、音の減衰の影響が無視できなくなってくる可能性がある。音の減衰はセンサの検出感度に依存するため、音が伝わるのかといった減衰特性について検討する。
また、導波路の小型化に伴い、音の送信部や受信部も小型化や高周波化が必要であると考えられる。現在は、市販のイヤホンとマイクロホンを使用しているが、小型かつ高周波のイヤホンはない。今後、イヤホンの小型化や高周波化も課題となるであろう。
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