機能性材料を用いた触覚提示装置の開発に関する研究

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バーチャルリアリティ分野では,触覚提示装置による仮想物体の表面形状,材質,硬さなどの提示が要求されており,多くの研究が行われている.本研究では,まず,機能性材料を用いた表面提示ユニットの試作機製作の検討を行い,ピエゾアクチュエータを用いることで,高周波帯域で十分な変位伝達を行うことができることを確認した.その検討に基づいて,皮膚表面においてせん断変形を生じやすい構造にした触覚提示装置の試作機を製作した.表面形状の静的変化量や動的応答などを定量的に測定し,被験者による主観的定性的評価と比較した.その結果,過去におけるヒトの触覚に関する研究からも妥当な周波数弁別域が得られ,本研究で試作した触覚提示装置の基本特性が妥当なものであることが確認された.さらに,本研究では,硬さ知覚に関して検討した.多くの力覚提示装置ではワイヤー駆動を採用している.それにより低摩擦で滑らかな駆動ができるが,ワイヤー駆動系は機械的剛性がそれほど高くないため,サーボゲインを高くすることが難しく,無理に上げていくと発振が生じやすいという問題もある.このようなデバイスでは硬い壁などを提示することが困難である.そこで本研究では,能動的運動のための力覚提示装置にピエゾアクチュエータによる触覚刺激ユニットを付加し,サーボ剛性以上の硬さの触感を提示させる.仮想的な壁に当たる瞬間にピエゾアクチュエータを高速に変位させ,その反作用力が操作者のハンドル部分に伝わるデバイスを開発した.ステップ状・インパルス状の信号を印加して被験者実験を行ったところ,それぞれにおいてサーボ剛性以上の硬さを知覚することが確認できた.能動的な運動の中における触覚提示の付加により,より上質なハプティック提示が可能となることを示した.