マイクロ機能要素集積デバイスによるフィジカルマンマシンインタラクション

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MEMS/マイクロ機能要素を集積化することにより,人間と機械間の力学的インタラクションを実現し,高度なマンマシンインタフェイスを提供することを目的とし,アクティブ多面体の試作と適用実験を中心に研究を進めた.アクティブ4面体では,6本のマイクロシリンダ,マイクロエンコーダ,マイクロジョイント,圧力センサを集積した.さらに,マイクロエンコーダを内蔵したマイクロシリンダと,マイクロ15自由度ジョイントを新たに開発することにより,高集積化が可能となり,アクティブ20面体を試作することに成功した.次にこれら多面体によるフィジカルマンマシンインタラクションの効果を調べるために,例として商用の機構解析ソフトウェア(Visual NASTRAN 4D)に組み込んで,制御系の構築と操作実験を行った.PC内部にの実際のアクティブ多面体と同じ構成の仮想物体を構築し,実際のアクティブ多面体の動きおよび力を検出してこれを基にリアルタイムで機構および運動解析を行い,その結果をPC内部の仮想モデルと実際のアクティブ多面体の両方に反映させる方法をとった.操作実験の結果,(1)人間→PC内部の仮想モデルの形状入力,(2)PC→人間への形状提示,(3)フィジカルインタラクションによるPC内部モデルの力学特性(剛性)の提示が良好に実現できた.さらに,20面体に加速度ジャイロスコープを組み込むことにより,仮想物体の接触点を切り替える方式を考案し,5000面からなるPC内の仮想物体をアクティブ20面体で取り扱うことに成功し,これをバーチャルクレイと名づけた.従来のインタフェイスでは困難であった,3次元連続体の持つ分散的な物理情報を取り扱うマンマシンインタラクションが実現できた.今後は,CAD/CAEのインタフェイスへの応用展開を進めたい.