アクティブタッチの知覚・運動モデルに基づいた触覚官能検査の定量化と自動化

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本研究では,現在のところ人の触覚に依存している各種工業製品の評価作業を,定量化・自動化する技術の開発を目標とした.このために,触覚官能評価に必要な物理量を選択的に取得する検査装置と,そのための信号処理方法について研究を行った.まず,人間の皮膚と同じように柔軟で鋭敏な計測器を実現するために,粘性流体(シリコンオイル)と片持ち梁と歪ゲージから構成されるセンサ機構(「片持ち梁式触覚センサ」)を提案した.このセンサ機構は柔軟であり,大きな変形の下でも損傷を受けにくく,信号の飽和も起こりにくい.本研究ではこのセンサの構成要素の寸法,形状,あるいは物性値がセンサの応答特性に与える影響について,実験的・理論的な検証を行った.また,振動などの外乱に対する応答特性を実験的に調査した.次に,このセンサの受容野を広くするために構造を改良した「柔軟膜式触覚センサ」を開発した.この構造もまた,内部に粘性流体を満たした構造を持っており,特に物体表面の凹凸を検出するために有効であると期待できた.また,人間の触覚が皮膚表面への圧力分布の細かい不均一さにも反応しやすいということをヒントにして,単一の素子で圧力の不均一さを選択的に検出するための触覚センサの構造についての研究も行った.さらに,片持ち梁式触覚センサを手に持って布地に接触させて往復運動させたとき,布地の表面性状と出力信号にどのような相関があるかの調査も行った.触覚センサは人によって動かされるので,その出力信号は操作者によって大きく異なった.しかし周波数と振幅の両対数グラフで表現することで,布地の表面性状と関連する特徴が読み取れるということが分かった.信号は大きく2つの周波数領域に分離することができ,特に高い周波数領域のスペクトル形状から,布地表面の凹凸の細かさと表面の柔らかさに関連付けられる特徴が認められた.