3D Pseudo-force Devices using High Frequency PWM Control

使用高频 PWM 控制的 3D 伪力装置

• 批准号: 22K12115
• 负责人: 中田 崇行
• 金额: $ 2万
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12115/
• 关键词: 仮想力覚; ヒューマンインタフェース; 非対称振動; 線形アクチュエータ

仮想力覚提示装置は，線形アクチュエータに高周波PWMを使用した特殊な非対称振動を行わせることにより，触覚よりも一歩進んだ，力覚の錯覚(仮想力覚と称する)を提示する装置です．従来の研究では，この仮想力覚は1次元(1方向)にのみ提示可能であることが報告されているが，本研究では，仮想力覚に2次元，3次元(2方向，3方向)の自由度を持たせることを目的とします．本研究では，直交に配置したアクチュエータに加える非対称振動信号の周波数と位相を同期させることによって，2次元に仮想力覚を拡張する合成振動を生成します．またその非対称振動信号は，高周波PWM信号を制御しながら合成することで，より精度の高い仮想力覚提示を目指します．より具体的には，線形アクチュエータとして使用するモータの振動提示方法を提案します．市販のモータからの非対称振動を指腹に対して水平方向に提示することで，平面方向に仮想力覚を提示する装置が開発されています．しかし，指腹に対して垂直方向に振動を提示した場合の知覚率は水平方向よりも低いことが確認されており，3次元方向への仮想力覚提示は困難でした．同時に，3次元デバイスに用いるためのモータの設計を行いました．市販のものでは全体のデバイスが大きくなりすぎ，実験が行えない事が判明したためです．自作モータを開発し，それらを使用して3次元方向の仮想力覚を提示するために，指先の側面でモータを把持する方法を提案して，その有効性を確かめました．

虚拟力觉呈现装置是一种通过使用高频PWM使线性致动器产生特殊的不对称振动来呈现比触觉高级一级的力觉幻觉（称为虚拟力觉）的装置。 。之前的研究报道这种虚拟力感只能在一维（一个方向）呈现，但在本研究中，我们证明虚拟力感可以在二维和三维（两个方向、三个方向）呈现目的是要有自由度。在这项研究中，通过同步施加到正交排列的执行器的不对称振动信号的频率和相位，我们生成合成振动，在二维上扩展虚拟力感觉。此外，通过在控制高频PWM信号的同时合成不对称振动信号，我们的目标是呈现更高精度的虚拟力觉。更具体地说，我们提出了一种用于用作线性致动器的电机的振动呈现方法。已经开发出一种设备，通过将商用电机水平地呈现到指腹的不对称振动来呈现平面方向上的虚拟力感觉。然而，已经证实，当振动垂直于指腹呈现时的感知速率低于水平方向的感知速率，使得难以呈现三维方向上的虚拟力觉。同时，我们设计了一款用于3D设备的电机。这是因为，人们发现，如果采用商用设备，整个设备的尺寸会太大，无法进行实验。我们开发了自制电机，并提出了一种用指尖侧面抓住电机的方法，以利用它们呈现三维方向的虚拟力觉，并验证了其有效性。

项目成果

Grasping method and voice coil motor design considering 3D directional presentation of virtual force sensation

考虑虚拟力觉3D定向呈现的抓取方法和音圈电机设计

• DOI: 10.1117/12.2666870
• 发表时间: 2023
• 期刊: Proceedings Volume International Workshop on Advanced Imaging Technology
• 作者: Bando Yuta;Nishihara Isao;Nakata Takayuki
• 通讯作者: Nakata Takayuki

3次元方向仮想力覚提示のための ボイスコイルモータ設計

用于3D定向虚拟力感呈现的音圈电机设计