弾性傾斜を利用する三次元構造触覚センサ

利用弹性斜率的三维结构触觉传感器

• 批准号: 08750502
• 负责人: 篠田 裕之
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750502/
• 关键词: 触覚センサ; 三次元構造; 弾性傾斜; テンソルセル; インテリジェントセンサ; 音響共鳴型テンソルセル

申請者は過去5年間の研究を通じて、触覚センサを構成する粘弾性体の3次元的な広がりを積極的に利用することによって多様な触覚特徴が非常に容易に取得可能となることを示してきた。本研究ではその中で基本原理の提案がされている音響共鳴型テンソルセル(弾性体内部の空洞に生じる空気の音響的共鳴を利用してその周囲の応力テンソルを計測する手法)を前提とし、これを実用的な触覚エレメントへと発展させるための基礎的問題の検討をおこなった。さらにそれを3次元触覚センサとして効果的に機能させるために弾性傾斜材料(硬さが深さ方向に連続的に変化する弾性体)を利用することを提案し、その有用性について明らかにした。1.音響共鳴型テンソルセル本検出原理を用いた触覚エレメントを実現するための微小超音波送受信子の設計理論を確立し、1.5×3.5mmの微小振動子が共鳴空洞への細管内へ1Pa程度の音圧を発生し(駆動電圧は5V)、100kHz以上の帯域を有することを実験的に確認した。また音響共鳴周波数にロックして発振するアナログ、およびデジタル回路を試作し、3mm径の共鳴空洞を有する弾性体とで触覚エレメントを作製した。そのユニットは3msの時定数のもとで0.5%以内の周波数精度と0.05%以内の周波数安定度を有することが確認された。なお0.1%の周波数の誤差は3μmの変形に相当する。2.弾性傾斜の解明と利用理論的および数値的検討によって、表面での触覚刺激が内部に伝達していく特性が弾性傾斜によってどのように変化させるかを定量的に明らかにした。特に1.弾性傾斜が応力テンソル行列の固有構造に与える影響、特に(1)表面接触広がり次元と応力テンソル行列のランクが対応する規則の保存について、および(2)多重解像度知覚特性、すなわち深さ方向へぼけてゆく特性2.空間周波数軸でみたフィルタリング特性に対する影響について検討したところ、表面から深さ方向へ硬さ(ヤング率)が増加していく弾性傾斜を用いると、弾性体の厚みが有限であっても半無限の広がりを有する弾性体と同様な理想的な伝達特性が実現し、触覚センサとしてより利用しやすい信号処理場を与えることが明らかになった。弾性傾斜作製技術を確立については今後の課題に残された。

Applicants は の research in the past 5 years を tong じ て, touch 覚 セ ン サ を constitute す る sticky 弾 sex body の 3rd dimensional な hiroo が り を positive に using す る こ と に よ っ て many others in touch な 覚, 徴 が very に に easy to possible と な る こ と を shown し て き た. Basic principle で in this study で は そ の の proposal が さ れ て い る acoustics resonance type テ ン ソ ル セ ル (弾 body internal の hollow に raw じ る empty 気 の acoustics resonance を using し て そ の weeks 囲 の 応 force テ ン ソ ル を measuring す る technique) を premise と し, こ れ を be used な touch 覚 エ レ メ ン ト へ と 発 exhibition さ せ る た め の basic question の beg を 検 お こ な Youdaoplaceholder0. さ ら に そ れ を 3 dimensional touch 覚 セ ン サ と し て unseen fruit に function さ せ る た め に 弾 sex tilt materials (hard さ が deep さ direction に even 続 に variations change す る 弾 body) を using す る こ と を proposal し, そ の usefulness に つ い て Ming ら か に し た. Type 1. The acoustic resonance テ ン ソ ル セ ル this 検 out principle を い た touch 覚 エ レ メ ン ト を be presently す る た め の tiny ultrasound sent trusted を established し の design theory, 1.5 x 3.5 mm の tiny vibrator が resonance cavity へ へ の thin tube 1 pa の sound 圧 を 発 raw し (駆 galvanic 圧 は 5 v), above 100 KHZ の 帯 domain を have す る こ Youdaoplaceholder0 experimentiality に confirmation た. ま た acoustics resonance frequency count に ロ ッ ク し て 発 vibration す る ア ナ ロ グ, お よ び デ ジ タ ル loop を attempt し, 3 mm diameter の resonance cavity を す る 弾 と sex body touch で 覚 エ レ メ ン ト を cropping し た. そ の ユ ニ ッ ト は 3 ms の destiny の も と で の cycle for less than 0.5% accuracy と を の cycle for stability degree has less than 0.05% す る こ と が confirm さ れ た. Youdaoplaceholder0 0.1% <s:1> wavenumbers <e:1> error なお 3μm <s:1> deformation に is equivalent to する. 2. Tilt 弾 sex の interpret と using theory お よ び of the numerical 検 に よ っ て, surface で の touch 覚 stimulus が internal に 伝 da し て い く features が 弾 sex tilt に よ っ て ど の よ う に variations change さ せ る か を quantitative に Ming ら か に し た. Trevor に 1. Tilt が 弾 sex 応 force テ ン ソ ル procession に の inherent structure and え る influence, に (1) surface contact hiroo が り dimensional と 応 force テ ン ソ ル ranks の ラ ン ク が 応 seaborne す る rules の save に つ い て, お よ び multiple resolution 覚 characteristics, (2) す な わ ち deep さ direction へ ぼ け て ゆ く features 2. Space frequency number axis で み た フ ィ ル タ リ ン グ features に す seaborne る influence に つ い て beg し 検 た と こ ろ, surface か ら deep へ hard さ さ direction (ヤ ン グ rate) が raised plus し て い く 弾 sex tilt を with い る と, 弾 body の thick み が limited で あ っ て も semi-infinite の hiroo が り を have す る 弾 と sex body with others な ideal な 伝 da features が be し, touch 覚 セ ン サ The と てよ てよ てよ と uses the <s:1> やす ら signal processing field を and the える とが とが とが とが to ら になった になった. The elastic tilting action technology を establishes に て て て future を topics に remains された.

项目成果

H.Shinoda: "Tactile Sensing Using Acoustic Resonant Tensor Cell" Proc.14th Sensor Symposium. 105-108 (1996)

H.Shinoda：“使用声谐振张量单元的触觉传感”Proc.14th 传感器研讨会。

田中康治: "弾性傾斜を利用する触覚センシング" 第39回自動制御連合講演会論文集. 415-416 (1996)

Yasuharu Tanaka：“使用弹性倾斜的触觉传感”第 39 届自动控制协会会议记录 415-416 (1996)。

王 欣雨: "歪みテンソルを検出する触覚センシング" 第39回自動制御連合講演会論文集. 413-414 (1996)

王新宇：“触觉传感检测应变张量”第39届自动控制协会会议论文集413-414（1996）。

篠田裕之: "共鳴型テンソルセルによる三次元構造触覚センシング" 第5回ロボットセンサシンポジウム講演論文集. 197-202 (1996)

Hiroyuki Shinoda：“使用共振张量细胞的三维结构触觉传感”第五届机器人传感器研讨会论文集 197-202 (1996)。

H.Shinoda: "Aconstic Resonant Tensor Cell for Tactile Sensing" Proc.1997 IEEE Int.Conf.on Robctics & Automation. (4月に予定). (1997)

H.Shinoda：“用于触觉传感的非恒定谐振张量单元”Proc.1997 IEEE Int.Conf.on Robctics & Automation（计划于 4 月）。