力覚提示のための多自由度振動アクチュエータに関する研究

力觉呈现多自由度振动执行器研究

• 批准号: 12J00808
• 负责人: 吉元 崇倫
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J00808/
• 关键词: 振動アクチュエータ; 多自由度; 偏加速度; 力覚提示; 三次元有限要素法

本研究では小型で三次元空間の任意方向へ動作可能な多自由度振動アクチュエータの開発と，力覚を提示可能な制御法を提案することで，非接地力覚提示の実現を目的としている．本年度は主に振動アクチュエータで発生させる偏加速度の最適化を行った．昨年度までに提案した二自由度振動アクチュエータは，x，y軸に独立の変位を得ることができ，また任意の波形を生成することが可能である．しかし，昨年度まで用いていた加速度波形は，先行研究の波形を元にしたものであった．これは先行研究の機械的形状に起因する波形であり，どのような波形が力覚提示に適しているか明らかにされていない．本年度は波形の特徴が知覚に与える影響を調査を行い，高い知覚率と低い消費電力の両立を目標として，遺伝的アルゴリズムによる波形最適化を行った．波形の特徴が知覚に与える影響の調査では，偏加速度波形の特徴として（1）偏加速度の最大ピークの大きさ，（2）偏加速度のピーク比　の2つをあげ，それぞれに対して被験者実験を通してその影響を調査した．試作機を用いて実験を行った結果，偏加速度最大ピークに関しては可動子に4.3m/s2程度のピーク値があれば十分であり，またピーク比を3よりもさらに大きくすることで平均正答率をより高くすることが可能であることが明らかになった．これらの結果を踏まえ，遺伝的アルゴリズムを用いて目標加速度ピーク（可動子4.3m/s2）を満たす偏加速度波形のなかでピーク比を最大化，消費電力を最小化するように評価関数を定め最適化を行った．最適化後の波形と，従来波形での実験結果を比較すると，最適化後の波形では従来の波形と比べ約3％正答率が向上した．また消費電力については従来の波形と比較して47％消費電力が削減された．これらから，最適化によって得られた波形は高い知覚率と低い消費電力を両立しており，目的を達成していると言える．

This study で は small で three dimensional space の any direction へ action may な multi degree of freedom vibration ア ク チ ュ エ ー タ の open 発 と, force 覚 を suggest possible な suppression method proposed を す る こ と で, not exerted 覚 prompt の purpose be presently を と し て い る. This year, the <s:1> main に vibration ア チュエ チュエ チュエ タで タで causes させる eccentric acceleration <s:1> to optimize を motion った. Yesterday's annual ま で に proposal し た two degree of freedom vibration ア ク チ ュ エ ー タ は, x, y axis に independent の - who を る こ と が で き, ま た arbitrary waveform を of の す る こ と が may で あ る. The まで を まで and the た た acceleration waveforms of the previous year were used to conduct a preliminary study on the を waveforms を, に, た, た, であった and であった. こ れ は cause the shape of the leading research の mechanical に す る waveform で あ り, ど の よ う な waveform が force 覚 prompt に optimum し て い る か ら Ming か に さ れ て い な い. This year は waveform is の 徴 が know 覚 に and え る affect を survey line を い, high low と い い know 覚 rate power consumption の struck made を target と し て, but 伝 ア ル ゴ リ ズ ム に よ る line waveform optimization を っ た. Waveform is の 徴 が know 覚 に and え る impact の investigation で は, partial acceleration waveform is の 徴 と し て (1) partial acceleration の biggest ピ ー ク の big き さ, (2) partial acceleration の ピ ー ク than の 2 つ を あ げ, そ れ ぞ れ に し seaborne て by 験 be 験 を tong し て そ の impact を investigation し た. Try for machine を い て be 験 を line っ た results, partial acceleration maximum ピ ー ク に masato し て は movable son に degree of 4.3 m/s2 の ピ ー ク numerical が あ れ ば very で あ り, ま た ピ ー ク than を 3 よ り も さ ら に big き く す る こ と で average is a rate を よ り high く す る こ と が may で あ る こ と が Ming ら か に な っ た. こ れ ら の results を tread ま え, but 伝 ア ル ゴ リ ズ ム を with い て target acceleration ピ ー ク (4.3 m/s2) movable son を against た す partial acceleration waveform の な か で ピ ー ク than を maximize, minimize consumption power を す る よ う に review 価 masato set several を め line optimization を っ た. の waveform after optimization と 従 to waveform で の be 験 results を す る と, after optimization の waveform で は 従 to の waveform と than べ rate of about 3% is a が upward し た. The power consumption of また is に, に, て, 従 and 従 compared with that of <s:1> て by 47%, and the power consumption of が is reduced by された. こ れ ら か ら, optimization に よ っ て have ら れ た waveform は と low い い know 覚 rate high consumption power を struck made し て お り, purpose を reach し て い る と said え る.

项目成果

Asymmetric Acceleration Drive Using Linear Oscillatory Actuator Under Open-Loop Control

开环控制下使用线性振荡执行器的非对称加速驱动

• 发表时间: 2012
• 期刊: PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review)
• 作者: 吉元崇倫;浅井保至;平田勝弘;太田智浩;吉元崇倫;吉元崇倫
• 通讯作者: 吉元崇倫

二自由度共振アクチュエータのセンサレス駆動の研究

二自由度谐振执行器无传感器驱动研究

• 发表时间: 2014
• 作者: 吉元崇倫，浅井保至，平田勝弘;太田智浩
• 通讯作者: 太田智浩

Asymmetric Acceleration Drive in Various Direction on the Plane Using 2-DOF Linear Oscillatory Actuator

使用二自由度线性振荡执行器在平面上进行不同方向的非对称加速驱动

• 发表时间: 2012
• 作者: Tsutaya T;Sawada J;Dodo Y;Mukai H;Yoneda M;吉元崇倫;R. Takahashi;吉元崇倫
• 通讯作者: 吉元崇倫

力覚デバイス用振動アクチュエータの制御に関する研究

力传感装置振动执行器控制研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Tsutaya T;Shimomi A;Nagaoka T;Sawada J;Hirata K;Yoneda M;新田隼也,平田勝弘,加藤雅之,吉元崇倫,新口昇
• 通讯作者: 新田隼也,平田勝弘,加藤雅之,吉元崇倫,新口昇

Simplified Position Estimation Using Back-EMF for Two-DoF Linear Resonant Actuator

• DOI: 10.1109/tmag.2013.2282496
• 发表时间: 2014-02
• 期刊: IEEE Transactions on Magnetics
• 影响因子: 2.1
• 作者: T. Yoshimoto;Y. Asai;K. Hirata;T. Ota