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Understanding Tactile Functions that Contribute to Human Dexterity Based on Reproductions of Cutaneous Sensation with Real-time Simulation

基于实时模拟再现皮肤感觉，了解有助于人类灵活性的触觉功能

基本信息

批准号：
21H04542
负责人：
昆陽雅司
金额：
$ 27.12万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，指と対象物との接触を実時間で高速にシミュレーションし，分布触覚ディスプレイにより皮膚感覚を再現する触覚サイバー・フィジカル・システムを構築して，ヒトの把持・操り戦略を実証論的に調査することを目的とする．まず，基盤技術の確立のために，1）世界最高水準の分布触覚提示技術，2）柔軟物体・複数接触・摩擦に対応した高速シミュレーション技術，3）皮膚感覚と力覚を独立提示可能な多指操作環境，に関して，以下の研究開発を行った．1) 昨年度開発した32chの吸引触覚ディスプレイを用いて硬軟感の提示精度の向上を弁別実験および丁度可知差異の実験により確認した．また硬軟感の丁度可知差異を求め，2次元有限要素解析により吸引圧とSED分布の関係を求めるとともに，2点弁別閾および刺激閾の心理物理実験から，SED分布の知覚量の統合範囲および吸引刺激による再現法を導出した．さらに，多孔チューブを用いた省配線装置を試作した．2) CT画像に基づき指モデルを作成し，商用解析ソフトおよび実験によりモデルの妥当性検証を行った．圧力分布の再現精度には課題があるが，剛体平面押し込み時の反力はよく再現した．計算機構成再検討により高速化し柔軟指モデル（節点数645）で高速計算（約100Hz）を達成した．3) 冗長性を有する6自由度パラレルリンク型力覚ディスプレイについて，昨年度シミュレータ上での仕様検討が完了していた力覚ディスプレイの実機設計および製作を行った．また，モータおよびシミュレータとの通信周期をそれぞれ1kHzおよび100Hzで実現するインタフェースも併せて構築し，シミュレータとの通信に基づく動作確認を実施した．また，知覚的「なじみ」の科学的実証と応用開拓を目指して，1指の力触覚統合ディスプレイを開発し，皮膚刺激と力覚による硬軟感の弁別能力を調査した．

This study aims to investigate the effects of high speed, distributed contact time, and skin sensitivity on the development of contact system. 1) the world's highest level of distributed touch prompt technology, 2) soft object, multiple contact, friction, high-speed response, 3) skin sensation, force, independent prompt, possible multi-finger operating environment, The following research development was carried out. 1) Yesterday's development was carried out on 32ch of the attraction touch screen. The use of hard and soft sensation in the prompt accuracy of the upward direction of the difference between the two levels was confirmed. 2-D finite element analysis, 2-D finite element analysis, 2-D finite element 2) CT images are based on digital images, and commercial analysis software is used to verify the appropriateness of digital images. The precision of the pressure distribution is a problem, and the reaction force of the rigid body plane is a problem. The computer structure is re-examined to achieve high speed, flexible finger design (645 nodes), high speed calculation (about 100Hz), and redundancy with 6 degrees of freedom. The communication cycle of the communication system is 1kHz to 100Hz, and the communication system is constructed to confirm the communication base operation. The scientific evidence and application of knowledge and understanding of "" indicate that 1) the force contact integration and development of skin irritation and force contact, and 2) the differential ability of hard and soft sensation.