人間の皮膚機能を模擬した4層立体分布型触覚センサのマイクロマシニングによる開発

开发利用微机械加工模拟人体皮肤功能的四层三维分布式触觉传感器

• 批准号: 17656090
• 负责人: 青柳 誠司
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656090/
• 关键词: 触覚センサ; マイクロマシニング; 立体分布型センサ; 生体情報処理; ニューラルネットワーク; 分布型センサ; 立体センサ; 皮膚変形解析; FEM; ニューラルネット; 情報処理

本研究では,ロボットの動作をより自律的にするために,以下のことを目的とした.1)マイクロマシン技術により人間と同様に多数の素子を3次元的に分布させた触覚センサを作製する,2)各素子から得られる情報をニューラルネットワーク(以下NN)で処理して,汎化性に富み,ロバストな対象物との接触情報を得るための方法を検討する.前記1)に関して,前年度開発したシリコンよりも人間の皮膚と同様に可撓性に富むPDMS(シリコンゴムの一種)製の触覚センサについて,マイクロマシニングプロセスの改良を行い,実際にアレイ型センサデバイスの作製に成功した.専用のCV変換アナログ回路を作製して,印加圧力に対する線形性,応答性について検討し,実際に分布荷重の測定に成功した.前記2)に関して,前年度に引き続き有限要素法(FEM)を用いて人工皮膚に見たてたシリコンゴムの変形を解析し,その歪み分布を,水平・垂直方向に立体的に分布させた格子点(ここに触覚センサが配置されると仮定する)に割り付け,それらのデータをNNで処理した.力分布から,押し付けられた力の大きさ,力の方向,物体の形状,物体の姿勢(回転角度)を判定するNNをそれぞれ構築し,これらをモジュールとして統合した総合触覚判定システムを完成させた.また物体がセンサ表面を滑った場合に,力分布の時間推移から物体の凹凸,ヤング率,摩擦係数を判定するNNをそれぞれ構築し,これらを統合した動的な判定システムも完成させた.これは人間が対象物体のテクスチャ(ざらざら,すべすべ等)や硬さを検出できることを模擬したものである.実デバイスの作製,NNによる認識シミュレーションともに一定の成果を得たが(ジャーナルペーパー掲載),それらを組み合わせた実システムの構築・評価については,主に時間的な制約から実現には至らなかった.本萌芽研究の成果を基に今後も研究を継続し,人間に匹敵する分布型触覚センサの真の完成を目指したい.

This study で は, ロ ボ ッ ト の action を よ り self-discipline に す る た め に, the following の こ と を purpose と し た. 1) マ イ ク ロ マ シ ン technology に よ り と human with others in most に の element child を に distribution of three dimensional さ せ た touch 覚 セ ン サ を cropping す る, 2) each element child か ら must ら れ る intelligence を ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク (NN) で 処 し て, generalization に rich み ロ バ ス ト な like content と seaborne の contact the intelligence を る た め の way を beg す 検 る. Before 1) に masato し て, former annual open 発 し た シ リ コ ン よ り も の と skin with others in human に flexible に rich む PDMS (シ リ コ ン ゴ ム の) system touch の 覚 セ ン サ に つ い て, マ イ ク ロ マ シ ニ ン グ プ ロ セ ス の improved を い, be interstate に ア レ イ type セ ン サ デ バ イ ス の cropping に successful し た. 専 with の CV variations in ア ナ ロ グ loop を cropping し て, Inca pressure に す seaborne る linear, 応 a sexual に つ い て 検 for し, be interstate に distributed load の determination に successful し た. Before the 2) に masato し て, former annual に lead き 続 き finite element method (FEM) を with い て artificial skin に see た て た シ リ コ ン ゴ ム の - form analytical し を, そ の slanting を み distribution, horizontal, vertical direction に に distribution of the three-dimensional さ せ た lattice points (こ こ に touch 覚 セ ン サ が configuration さ れ る と 仮 set す る) に cut り pay け, そ れ ら の デ ー タ を NN で Deal with た. Force distribution か ら, detain し pay け ら れ た の potent き さ, force の direction, object の shapes, object の posture Angle planning (back) を determine す る NN を そ れ ぞ れ build し こ れ ら を モ ジ ュ ー ル と し て integration し た 総 close touch 覚 determine シ ス テ ム を complete さ せ た. ま た object が セ ン サ を sliding surface っ に た occasions, force distribution の time か ら objects の is concave and convex, ヤ ン グ rate, coefficient of friction を determine す る NN を そ れ ぞ れ build し こ れ ら を integration し た move な determine シ ス テ ム も complete さ せ た. こ れ は が human moral objects like の テ ク ス チ ャ (ざ ら ざ ら, す べ す べ etc) や hard さ を 検 out で き る こ と を simulation し た も の で あ る. Be デ バ イ ス の system, NN に よ る know シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と も に must have の results を た が (ジ ャ ー ナ ル ペ ー パ ー first white jasmines load), そ れ ら を group み close わ せ た be シ ス テ ム の building, review 価 に つ い て は, Lord に time な restriction か ら be presently に は to ら な か っ た. This budding の results を に も future research was studied を 継 続 し, human に match す る distributed touch 覚 セ ン サ の is の complete を refers し た い.

项目成果

Proposal of a Micromachined Tactile Sensor Having Four Stories and Its Transfbrmation Processing Method using Module Networks

四层微机械触觉传感器及其使用模块网络的变换处理方法的提出

• 发表时间: 2007
• 期刊: Neuml lnformation Processing-Letters and Reviows 11
• 作者: S.Aoyagi;T.Tanaka
• 通讯作者: T.Tanaka

Recognition of Contact State by using Neural Network for Micromachined Array Type Tactile Sensor

微机械阵列式触觉传感器神经网络接触状态识别

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of International Symposium on Artificial Brain with Emotion and Learning (ISABEL2006)
• 作者: S.Aoyagi;T.Tanaka;M.Minami;S.Aoyagi
• 通讯作者: S.Aoyagi

Development of an Arrayed Tactile Sensor Having Four Stories and Recognition of Contact State Using Neural Networks

开发四层阵列触觉传感器并使用神经网络识别接触状态

• 发表时间: 2007
• 作者: D.Ono;T.Fukatani;S.Aoyagi
• 通讯作者: S.Aoyagi

Recognition of Contact State of Four Layers Arrayed Type Tactile Sensor by Using Neural Network

利用神经网络识别四层阵列式触觉传感器的接触状态

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of IEEE International Conference on Information Acquisition (ICIA2006)
• 作者: S.Aoyagi;T.Tanaka;M.Minami
• 通讯作者: M.Minami

PDMSを用いたMEMS多層アレイ型触覚センサの開発

使用PDMS开发MEMS多层阵列型触觉传感器

• 发表时间: 2007
• 作者: 竹下 麻衣;古川 克英;小野 大輔;田中 孝明;青柳 誠司
• 通讯作者: 青柳 誠司