遠隔操作における物体把持のための振動提示手法の開発

摘要

災害現場や宇宙分野におけるロボットの使用では，未知の環境で多様な目的の達成が望まれるため，臨機応変な対応が可能である人間による遠隔操作が適している.また瓦礫の撤去や宇宙空間の補修作業など，物体把持はロボットによる作業の中でも欠かせないタスクとなっている.このような把持に関するタスクを実行する上で，直感的な操作を可能にしてくれる触覚フィードバックは，ロボットの操作性を向上させることが知られている[1]. 触覚フィードバックに用いられる装置は大別すると3種類あり，接地型の力提示装置[2]，操作者が装着できるウェアラブルな力提示装置[3，4]，ウェアラブルな振動提示装置[5]に分けられる.この中でウェアラブルな振動を提示する装置は，力のリアリティでは他の装置に劣るものの，小型·軽量のため操作者が長時間使用しても疲れにくい，操作範囲が広いといった利点があるため，触覚提示デバイスとしては大変有用である.振動による触覚フィードバックを用いた把持に関する研究として，Murrayら[6]の研究が挙げられる.ロボットハンドにかかる反力に比例した強度で操作者の指先を振動させ，かつ強すぎる力で把持した場合に警告用のランプを点灯させるという手法を用いた場合，触覚フィードバックが無い場合と比べ操作性が向上することが報告された.しかしながらMurrayらの手法では，依然としてロボットが強すぎる力で把持してしまうために，把持物体を壊すもしくはロボットハンドを傷めてしまう可能性があった.この手法では振動という触覚情報とランプという視覚情報を組み合わせた，複数の感覚器官を通した情報提示を行っているが，触覚のみによる単一の感覚器官のみを通した情報提示の方が，操作者の情報処理が容易になるために応答時間が早くなることが報告されている[7].そのため，ランプの代わりに振動を用いて情報提示を行うほうが，より望ましいインターフェースだと考えられる.そこで本研究では，振動のみから把持に関する情報を伝達することで，より少ない力で安定した物体把持を実現することを目的とする.提案する手法としては，Murrayら[6]の手法と同様にロボットハンドと物体の間の反力に比例した対称振動のフイードバックを行うことに加え，実際に物体が滑り始める前に，滑る予兆を別の振動情報を用いて提示する.滑る予兆が分かれば，より小さな力での把持が可能であると考えられる.なお滑りは，その方向が重要である.このため，方向情報を陽に提示するため振動による牽引力提示を用いる.引っ張られているような感覚である牽引力を振動を用いて提示するために，非対称振動を使用したインターフェースが提案されている[5,8].ここで非対称振動とは，振動子の加速度が往路と復路で異なるような振動のことである.これを用い，対称振動による反力提示に加え，非対称振動による滑る予兆を提示するシステムを提案する.