ハイブリッド全身力覚提示スーツによるトレーニングに必要な力覚提示要素の解明

阐明使用混合全身力觉呈现套装进行训练所需的力觉呈现要素

基本信息

批准号：
22K04030
负责人：
小柳健一
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Toyama Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

この研究では，どれくらいのリアルさがバーチャルリアリティ（VR）環境に必要なのかという問題に対し，力覚提示の力発生要素の種類（力覚提示の様式：アクティブ/パッシブ/ハイブリッド）という観点から迫る．力覚提示の様式や自由度を変えられる力覚提示スーツを開発し，適切な姿勢や動作から逸脱した場合に，力覚提示により教示することで，どういった力覚提示の様式や自由度が必要かを検証する．初年度は，力覚提示全身スーツの下半身に力覚を提示するパッシブ要素の設計を行った．例として水泳レースゲームを取り上げ，水の抵抗を脚に提示するのに必要な力を文献より求め，パッシブ要素であるElectro-Adhesive Gel(EAG)の面積を求めた．EAGは，電場を印加すると表面の見かけの摩擦係数が増大し，せん断抵抗を発現するため，制動要素に使用できる．一方，アクティブ要素には，Electro-Hydro-Dynamics Fluid(EHD)アクチュエータを用いる予定である．これは高電圧を印加することで流動圧力を発生する機能性材料であり，専用に設計した電極を有する．大出力EHD流体アクチュエータとするためには，適した電極形状を設計する必要があるが，本年度は電極のペアが1段のもので126Pa，3段のもので252Paを実現した．全身スーツへ用いるには，目標の圧力である3kPaに達する13段の電極構造にしたうえで，数セットを並列に用いる必要があることが分かった．また，アクティブ要素にはオリジナルの空気圧アクチュエータを使うことも検討している．本年度は，その応答性を改善するために，最適化設計を施し，過去のものと比較した．さらに，筋力トレーニングにおけるモーションデータの取得のため，モーションキャプチャシステムを用いて，様々な姿勢における片脚スクワット動作中の関節座標等を記録した．

这项研究探讨了虚拟现实（VR）环境需要多少现实主义的问题，从力量呈现的力元素类型的角度（武力表现的形成：主动/被动/混合）。我们已经开发了一种力量呈现诉讼，可以改变力的自由度表现方式，并在偏离适当姿势或运动的力量时通过武力进行教导，我们将研究有必要的武力表现风格和自由程度。在第一年，我们设计了被动元素，这些元素呈现了整个身体西服下半身的力感。我们以游泳比赛为例，发现了文学对腿部抗水性的必要力量，并计算了被动元件电粘性凝胶（EAG）的区域。 EAG可以用作制动元件，因为当应用电场并产生抗剪切电阻时，表面上的明显摩擦系数会增加。另一方面，电动动力学流体（EHD）执行器将用作活性元件。这是一种功能材料，当应用高压并具有特殊设计的电极时会产生流动压力。为了使其成为高功率EHD流体执行器，有必要设计合适的电极形状，但是今年，我们用带有单个阶段的一对电极实现了126Pa，并具有三个阶段的252Pa。已经发现，要在全身诉讼中使用它，必须并行使用几组，具有13级电极结构，达到3KPA的目标压力。我们还考虑使用原始的气动执行器作为活动元素。今年，我们采用了优化的设计来提高其响应能力，并将其与以前的模型进行了比较。此外，为了在强度训练期间获取运动数据，使用运动捕获系统记录了各种姿势的单腿下蹲操作期间的联合坐标和其他信息。