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1.空気圧制御システムの方式・機構検討
市販の枕やクッションの形状・剛性・ダンピング特性を参考に、試作する空気枕の基本的な物理的スペックを定めた。次にそのスペックを実現する空気圧調整方式として、ピストン・シリンダー機構による空気圧制御方式を採用し、それを駆動するためのDCモータ・回転直動変換機構・リニアガイド・ポテンショメータ・空気圧センサを基本構成要素とするピストン駆動制御系を設計・試作した。
2.バイラテラル制御・通信方式の検討
2式の空気圧制御システムを用いて、インターネット経由による双方向感触通信制御系を検討した。インターネット環境の伝送遅延を考慮して、通信が一時的に途絶えた際でもシステムの安定性を維持することが可能な制御方式を検討した結果、それぞれのピストン位置制御系に対してその目標値をお互いの空気圧で変更することを特徴とするバイラテラルサーボ系を実現した。その空気圧ゲインの符号に応じて、2つの枕の動きの位相の異なる2つの感触通信モード(シーソーモード、シンクロモード)を提案・実現した。
3.基本動作確認実験
MATLAB上での数値シミュレーションにより提案した制御方式の妥当性を確認した後、2台のPCをコントローラとして上記制御系を実装し、TCP/IPによる双方向空気圧伝送システムを構築した。双方の空気枕をランダムに加圧する実験を行った結果、設計通りの動作モードで動作することを確認した。また、双方の空気圧通信が途絶えた状態でも、最後の値を目標値として保持し続ける方式を採用することにより、伝送遅延にロバストな通信制御系が実現可能なことを確認した。また、実際の人間の頭部による評価実験では、空気圧変化は視覚的には極微小であるにも関わらず、頭の三半規管にとっては十分大きな感触として伝え合うことができることが分かった。
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