動的人工能動触角

本来センシング機能を持たない弾性棒を触角として用い、外部環境との接触位置検出を弾性棒の振動の計測のみで行う動的人工能動触角について、センシング系の動的モデルの構築及び解析、振動センサの信号に接触・非接触相が混在することを考慮したセンシング戦略の確立、試作実験装置による基本動作原理の検証実験を行った。弾性棒を均一なオイラー・ベルヌ-イ棒とし、環境との接触を硬い一点支持と仮定して構築した動的な数学モデルの解析から、弾性棒の固有振動数は外部環境との接触位置の関数になること、しかしながら各振動モードの固有振動数は接触位置と必ずしも一意に対応しないことを明らかにした。この一意性の非満足は、一見センシングの障害となるように見えるが、すべての固有振動モードを考慮すれば必ず接触位置を一意に同定可能であることを証明した。また、接触の始まりと同時に触角を支持するハブをフリクションフリーの状態に保てば、触角のセンシング有効領域において1次モードの固有振動のみで接触位置が同定可能であることも明らかにした。均一でない弾性棒では、固有振動数を決定する運動方程式が非線形となるため数値計算による解析を行い、少数の振動モードで接触位置同定を行うためには触角先端領域の質量が重要であることを明らかにした。環境との接触の情報を含む接触相の信号は最大でも1次モードの二分の一周期しか現れないこと、続いて発生する非接触相との分離が困難であることから、最大エントロピー法を用い繰返し計算による最良フィッティング探索を行う固有振動数検出の戦略を導出した。これらの結果は、プラスチックの柔軟棒を触角とし、アルミニウムの薄板と歪みゲージから構成されるトルクセンサ、オプチカルエンコーダ、DCサーボモータを用いて試作された装置を用いた実験により実証された。

本来センシング機能を持たない弾性棒を触角として用い、外部環境との接触位置検出を弾性棒の振動の計測のみで行う動的人工能動触角について、センシング系の動的モデルの構築及び解析、振動センサの信号に接触・非接触相が混在することを考慮したセンシング戦略の確立、試作実験装置による基本動作原理の検証実験を行った。弾性棒を均一なオイラー・ベルヌ-イ棒とし、環境との接触を硬い一点支持と仮定して構築した動的な数学モデルの解析から、弾性棒の固有振動数は外部環境との接触位置の関数になること、しかしながら各振動モードの固有振動数は接触位置と必ずしも一意に対応しないことを明らかにした。この一意性の非満足は、一見センシングの障害となるように見えるが、すべての固有振動モードを考慮すれば必ず接触位置を一意に同定可能であることを証明した。また、接触の始まりと同時に触角を支持するハブをフリクションフリーの状態に保てば、触角のセンシング有効領域において1次モードの固有振動のみで接触位置が同定可能であることも明らかにした。均一でない弾性棒では、固有振動数を決定する運動方程式が非線形となるため数値計算による解析を行い、少数の振動モードで接触位置同定を行うためには触角先端領域の質量が重要であることを明らかにした。環境との接触の情報を含む接触相の信号は最大でも1次モードの二分の一周期しか現れないこと、続いて発生する非接触相との分離が困難であることから、最大エントロピー法を用い繰返し計算による最良フィッティング探索を行う固有振動数検出の戦略を導出した。これらの結果は、プラスチックの柔軟棒を触角とし、アルミニウムの薄板と歪みゲージから構成されるトルクセンサ、オプチカルエンコーダ、DCサーボモータを用いて試作された装置を用いた実験により実証された。