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深部多軸変形感覚のための
埋込型柔軟触覚センサシステム
の
開発と柔軟肉質外装への実装
○ 門脇 明日香
林 摩梨花
吉海 智晃
稲葉 雅幸
(東京大学)

発表の概要
3次元変形検出センサの特性検証実験
実験-1 3次元柔軟触覚センサ単体の
変形検出精度確
認実験
実験-2 機械的強度計測実験
実験-3 フォースゲージを用いた力特性確認実験
実験-4 柔軟触覚センサシートプロトタイプの動作
結論と今後の展望
深部多軸変形感覚のための埋込型3次元変形検出センサの原
理
研究の背景と目的・関連研究との比較●
●
●
●

背景
従来の接触インタラクションは，
タッチパネル，ボタン，薄い感
圧
シートなどの平面的な接触を想
定するものがほとんど
柔軟な表面を介した人との接触
インタラクション⇒安全さ，愛
着感
視触覚フィードバックによる日常生活支援動作
より安全で自然な
密着インタラクション
の必要性を感じた

研究の背景と目的
柔軟な表面を介した人との接触インタラクションは，ロボッ
ト等の人工物が人にとって，安全で，愛着感のあるものにな
るために重要
そこで本研究では，
柔軟外装の立体的な変形を感じる分布センサの開発とそれを利
用したロボット等の人工物と人との新たな接触インタラクショ
ンの実現を目的とした．
従来の接触インタラクションは，タッチパネル，ボタンなどとの
平面的な接触を想定するものがほとんど
これは真に柔軟な表面を介した接触インタラクションとはいいがたい．

従来の分布触覚センサ
部分的分布触覚センサ
指先 立
体
的
指腹部 平
面
的
腕など 平
面
的
全身型分布触覚センサ
平
面
的
立
体
的
IROS2008
Kojima
IROS2007
Ishikawa
RSJ2005
Asada
U-Osaka
IROS2006
Ohmura,Kuniyoshi
RSJ2008
Ishiguro
IROS2008,Inaba

サーボONで
静置20分後
赤矢印は
センサ出力
電圧に対応
問題点
部分的分布触覚センサ
指先 立
体
的
先行研究の多くは平面的
もしくは局所的利用に特化
全身型分布触覚センサ
立
体
的
近いものでも，温度変化によ
る出力のドリフトが問題．
温度上昇し易い
RSJ2005
Asada
U-Osaka
IROS2008,Inaba

課題整理
先行研究の多くは平面的
もしくは局所的利用
温度によるセンサ出力への
影響
問題点：
アプローチ：
全身に立体配置可能な
軟質フォーム外装の応用
温度がセンサ出力に
影響しにくい受光・発光素
子の利用

深部多軸変形感覚のための埋込型3次元変形検出センサの原
理
センサ単体の変形の様子 埋込型柔軟触覚センサシートの変形の様子
センサの概観
押し
なで
つねり
発光素子
ウレタン
受光部分
柔軟外装部分
3次元触覚センサ

深部多軸変形感覚のための
埋込型柔軟触覚センサの構成
・ 多軸の変形を認識可能である
・ 柔軟であるので環境になじむ
･ 柔軟外装に埋め込んだときの
自然な手触り
・ 熱の影響を受けにくい
・ 衝撃に強い・壊れにくい
・ 補間性がある
3次元変形検出のために
柔軟につくる必要がある
フレキシブル基板
ウレタンフォーム一体成型
特徴

多軸変形感覚センサのための基板設計
赤外線LEDC8051F411マイコンと周辺回路と赤外線
LED
受光部分
マイコン
オペアンプ
受光素子
3次元樹脂成型
● フレキシブル基板・センサ1 個に1マイコン
● 軟質ウレタンによる一体成型が可能な形状
設計ポイント
フレキシブル基板

受光ボックスと赤外線LEDの位置関
係
省電流・各面側への変形時の赤
外線LEDと受光素子の関係から
3つを斜めに配置することに決定
断面からみた幾何的な関係
受光・発光素子の半値角の範囲
の領域の変化で検出する
【位置選定理由】
触覚センサの全身への分布を考えると約
200個以上を使うことになるので省電流必
要

3次元変形検出センサの特性検証実験
目的：本研究で開発したセンサで3次元変形が
検出可能なことを確認する
実験-1 3次元柔軟触覚センサ単体の変形検出精度確認実験
実験-2 機械的強度計測実験
実験-3 フォースゲージを用いた力特性確認実験
実験-4 柔軟触覚センサシートプロトタイプの動作

埋込型柔軟触覚センサの変形検出特性①
垂直方向の変形を検出していることを
確認．
再現性があることも確認．
垂直方向に5[mm]ずつ押し込んでゆく
ポイント
垂直方向の押しを認識可能

埋込型柔軟触覚センサの変形検出特性②
A方向に変形させたと B方向に変形させたとき
プレートを5°ずつ傾け
て変形させる.底面方向
のアナログ値に関しては
考慮せず，側面のアナロ
グ値
に関して傾ける方向を区
別可能であると確認した．
ポイン
ト

埋込型柔軟触覚センサの変形検出特性
③
C方向に変形させたと
き
D方向に変形させたと
き
A・B方向の変形と
同様に確認できた

フォースゲージを用いた力特性計
測
・ 1.3ｋｇまでの加重に対して線形的な変化の領域を確
認
・ 電圧値からかかっている力を推測できる
ポイント
線形的な変化の領域

機械的強度計測実験
等身大ヒューマノイドの体重が約65[kg]
大腿部の裏側へセンサを配置する際
静的に座った場合片側の大腿部へ
32.5[kg]の荷重がかかる
６５ｋｇの錘をのせ，錘を移動し
た後も，センサの動作を確認する
ことができた．
→等身大ヒューマノイドの体重に
耐えることが確認できた
おもり
センサ
65kg

肉質外装センサシートプロトタイプへの埋込実装
SMBusプロトコル通信のよる省配線 柔軟肉質シートのプロトタイプ
Sensor Sensor
USB
省配線
(SMBus)

肉質外装センサシートプロトタイプの3次元
変形
押し
つねり
なで柔軟触覚センサシートプロトタイプの動作の
様子
棒の傾き ：変形方向に変形した分だけ傾く
円の半径：変形の大きさに比例して半径が
大きくなる

結論と今後の展開
 柔軟外装の立体的な変形を感じる分布触覚センサ実現
 実現のポイント：軟質フォーム一体成型＋立体配置された受光・発光
素子
 受光BOXは7mm立方程度，成型法，耐久性の確認，フレキ形状の基
礎⇒小型化，キューブ状以外への広がり
今後の展開として，
 等身大ヒューマノイドを用いた3次元変形感覚による動作誘導
 等身大ヒューマノイドロボットで従来なかった，
直感的接触インタラクションの実現を目指す（→ロボメッ
ク2009）

以上
ご清聴ありがとうございました