第 15 回テレイグジスタンス研究会(2020 年 2 月)

テレイグジスタンスの研究 第 99 報
-TELESAR VI のための力提示マスターグローブの提案Study on Telexistence XCIX Haptic Master Glove for TELESAR VI加藤史洋 1)，井上康之 1)，舘暲 1)
Fumihiro KATO, Yasuyuki INOUE, and Susumu TACHI1) 東京大学 高齢社会総合研究機構(〒113 東京都文京区本郷 7-3-1， {fumihiro.kato， y-inoue， tachi}@tachilab.org)
Abstract: We propose a haptic master glove for TELESAR VI operation. The force was presented
without the conventional sticky gel pad, and the fingertip was pinched by a thread drive to enable thepresentation of a deep sense to the finger. A master glove that can present continuous force from theforce of the tactile area to the to the deep sensation was constructed. The haptic master glove wassynthesized with the finger position / posture sensing system. In addition, it was shown that tactile
presentation corresponding to the tactile primary colors is possible by combining with the tactile(vibration / temperature) presentation module.
Key Words: haptic display, haptic primary colors, humanoid robot, telexistence

1. はじめに
マスタスレーブシステムでの触感の提示はテレイグス
タンスロボットの操作に役立つ．柔らかい物体を破壊せずに操作するためには力加減をしてロボットの指を動かす必要がある．つかんでいる素材の柔らかさの提示ができればロボット操縦者は力を加減して操作することができる．
本報告では，糸駆動を用いた力提示マスターグローブを提案する．
マスタハンド向けの力提示機構は，外骨格型かつ遭遇型の提案[1]やデータグローブ[2]を用いて指先に装着するベルト駆動の圧力・せん断力の提示を可能とする手法[3]が提案されている．またマスタハンド向けではないが

図 1 力提示マスターグローブ（左：マスタ側，右：ロボットハンド）

SPIDAR-G6[4]のように糸をモーターで巻き取ることで指先に力を提示する指先装着型の力提示手法が提案[5]されている．本提案は前者のようなマスターグローブでありながら後者のような糸駆動による力提示をめざした手法の提案である．

2. 装着型深部感覚提示グローブ
筆者らの従来の提案では，粘着ゲルパッドを指の背面と側面に配し，糸を用いてゲルパッドをつまみ引き上げることで指腹と深部感覚へ力を提示する手法[6][7]を採用した力提示機構を用いていた．本提案では従来の 1 本指での提示を 5 本指グローブ化し，慣性センサと光学式マーカを併用した指位置・姿勢システム[8]と組み合わせて指の姿勢取得と両立可能にした．また，TELESAR VI のロボットハンドが取得した触情報を提示可能にする力提示マスターグローブを構築した（図 1）．

2.1 力提示機構
2.1.1
従来のゲルパッドを用いた力提示機構
図 2 に示す従来の力提示機構では，指先の背面と側面とに粘着性のゲルパッドを取り付ける（図 2（a））．側面～背面部に通した釣り糸を引くことで，指の側面の皮膚が引き上げられると指腹がつっぱることで擬似的な圧力を提示できる（図 2（b））．さらに糸を引くことで皮膚の変形範囲を超えると関節を動かして深部感覚を刺激する（図 2（c））．以上より，触覚から深部感覚まで連続的な力の提示を糸駆動により実現できた．

粘着ゲルパッドを用いる手法では特に夏場など気温が高い場合は手指が汗をかくことで粘着面が湿ってしまい，釣り糸粘着力が低下することで，糸を引き上げても指先には力を粘着ゲルパッド提示することができなくなる課題があった．そこで，粘着ゲルパッドの代わりに指先の側面をつまみ上げて引き上指先をつまみ上げる力提示機構

深部感覚を刺激

指げることによる力の提示手法を構築した．

2.1.2

張力を増やす張力

疑似圧力（つっぱり）

(a)

(b)

(c)

ゲルパッドを使わずに，同様のメカニズムで力を提示する提示機構を提案する．ゲルパッドは肌との密着性を保ちながら指の側面を上方に引き上げる役割があったため，糸を引くことで弾性のある開いたリング形状のつまみが指を挟み込み，糸を引き上げることで指腹を引き上げる．
図 3 上部に試作した指先つまみを指先にはめた様子を，下部に模式図と組み込んだグローブを示す．本手法に置き換※指腹部にパッドは触れていないえることで指先の湿り度合いによらず深部感覚へ力を提(d)示することが可能である．また，粘着ゲルと同様にはじめは指腹への弱い力の提示から，糸を引く力を増やすことで深部感覚へと連続的な力の提示が可能である．しかし，本図 2 粘着ゲルパッドと糸による力提示（従来手法）

手法では粘着ゲルが指側面を引き上げて指の皮膚に緊張を与えていたのとは違い，指腹面の底の両端を引き上げる図ことで緊張を与えている．同様に指腹部へ突っ張りを与えるには指の側面部への密着性を高める工夫が必要と考えられる．

2.2 力提示システムの構成

糸の巻取りにより指先をつまみ引き上げる

各指先に配置した指先つまみを引くメカニズムの模式
図を図 3 に示す．本提案では NUIBOT[9]システムで用いられ て い る モ ー タ ド ラ イ バ （ MCU は PIC32 MM0064GPL036）を利用している．PC とドライバ間は USB から
変 換 基 板 を 経 て UART （ Universal asynchronous

つまみ

Opti
active tracker

cobra

リグ

糸巻取りモータCobra IMU ベース
Optitrackベース

グローブ
模式図（横視点）

receiver-transmitter）にて接続される．PC からの司令に基づきモーターの回転数や電流量が制御される．使用したモータドライバは 1 つのドライバ基板あたり最大 4 個のモーターを接続できるため，2 個のドライバ基板に 5 指分のモーターを振り分けて接続した（図 4）．ドライバ間の接続にも UART が用いられる．ギアボックスが付属する DC モーター（マイクロ金属ギアモーターHP 6V, ギア比 5:1,開発したグローブ（横視点）

Pololu Robotics & Electronics）を利用した．ドライバボードには 2 つの PWM コントローラ（DRV8833, Texas Instruments）が搭載され，モーターの回転を制御する．ギアの出力シャ
フトにはゴム磁石が接着されたプーリーが接続され磁気センサによりプーリーの回転数がカウントされる．回転量により糸の長さが計測できるため位置制御が可能で，またドライバボードに搭載されているセンサにより電流つまりは出力する力も制御可能である．使用した釣り糸は人の指を傷つけないようにするため適度な張力でちぎれることで安全を保てると考えられる太さの 0.8 号（耐荷重 4.8 kg,YGK よつあみウルトラ 2 ダイニーマ）を用いた．

図 3 グローブの模式図と開発物（提案手法）

親指

DCモータ

人差し指

DCモータ

中指

DCモータ

薬指

DCモータ

小指

DCモータ

モータドライバ 1

PC

モータドライバ 2

図 7UART

図 4 力提示システムの構成

力提示グローブに 2 触モジュールを組み合わせた例[7]の提示が可能である[12]．２触モジュールには内部に振動アクチュエータ（フォースリアクタ TM AF シリーズ アルプス電気）が，上面には冷却用のペルチェ素子

2.3 指の姿勢計測システム（(KSMH029F KELK Ltd.）とヒーターが搭載されている．

図 3 に示すようにグローブの各指先には赤外線 LED マーカ（アクティブトラッキング方式）が装着され，光学式

２触モジュールはグローブの指先等に容易に装着可能である（図 7）．

モーションキャプチャシステムにより 30Hz で指先位置を取得可能である．また，慣性式センサ（AiQ Synertial Ltd,IGS-CobraGlove16）がグローブの各指骨上に配され，指先位置と姿勢が計測可能である[8]．本マスターグローブにおいてもこれらを統合して利用する．

3. おわりに
本稿では TELESAR VI のための力提示マスターグローブを提案した．力の提示には，従来手法である粘着ゲルパッドを用いず，指先を糸駆動でつまむ手法にて指への深2.4 取得した触覚の伝送部感覚の提示を可能とした．手指の位置・姿勢センシング

TELESAR VI の指先に搭載された触覚センサが取得しシステムと統合して５本指の指先への触覚領域の力からた触原色（力，振動，温度）情報をマスターグローブに深部感覚まで連続的な力を提示可能なマスターグローブ

PC 経由で伝送[10]（図 5）し，触覚情報の提示を可能としを構築した．また，2 触（振動・温度）提示モジュールとた．JST ACCEL「触原色に立脚した身体性メディア技術の組み合わせて触原色に対応した触覚提示が可能であるこ基盤構築と応用展開」プロジェクトで開発した振動・温度とを示した．の 2 触提示モジュール（図 6）[11]と本提案手法の力提示を組み合わせることで，これらの触原色に対応する触情報謝辞

本研究は国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）の戦略的創造研究推進事業（ACCEL）「触原色に立脚した身体性メディア技術の基盤構築と応用展開」の支援によって加速度行われた．

力温度

参考文献

図 5

触情報の伝送[1]

K. Sato, K. Minamizawa, N. Kakawami, and T.
Susumu, “Haptic Telexistence,” Proc. of

SIGGRAPH, Emerging Technologies, 2007.
ペルチェ素子[2]

C. L. Fernando, “Experiencing ones own Hand in
Telexistence Manipulation with a 15 DOF
Anthropomorphic Robot Hand and a Flexible
Master Glove.”[3]

C. L. Fernando et al., “Design of TELESAR v fortransferring bodily consciousness intelexistence,” IEEE Int. Conf. Intell. Robot.

振動アクチュエータ
（内部）

図 6

2 触（振動・温度）提示モジュール

Syst., pp. 5112-5118, 2012.
[4]

K. Akahane, Y. Koike, S. Hasegawa, and M. Sato,“A proposal of a high definition haptic
rendering for stability and fidelity,” Proc.

- 16th Int. Conf. Artif. Real. Telexistence -Work. ICAT 2006, pp. 162-167, 2006.
[5]

[9]

青木孝文, 三武裕玄, 長谷川晶一, 佐藤誠, “ワNishino, Tomoka and Mitake, Hironori andイヤによる皮膚感覚刺激を用いた 指先装着型接Hasegawa, “Nuibot : Motion Control System and触感提示デバイス,” 日本バーチャルリアリティ

Visual Programming Environment for String

学会論文誌, vol. 14, no. 3, pp. 421-428, 2009.
[6]

[7]

F. Kato, Y. Inoue, and S. Tachi, “A haptic

Driven Soft,” pp. 7-9.
[10]加藤史洋, 井上康之, 舘暲, “テレイグジスタン

glove to display softness by stimulating deepスの研究（第 98 報）－TELESAR VI ハンド指先のsensation,” IEEE World Haptics Conf.

ための力・加速度・温度センシングシステムの開

hands-on-demo, 2019.

発―,” テレイグジスタンス研究会, pp.11-14,

F. Kato, Y. Inoue, and S. Tachi, “Haptic
Display Glove Capable of Force / Vibration /[8]

S. Zile, Guo and Dakal, Binod and Li, Haoyan and2020.
[11]

M. Nakatani et al., “A novel multimodal

Temperature,” Proc. ISMCR, D2-2-1 - D2-2– 5,

tactile module that can provide vibro-thermal

2019.

feedback,” Lect. Notes Electr. Eng., vol. 432,

井上康之, 加藤史洋,舘暲, “テレイグジスタンス

pp. 437– 443, 2018.の研究（第 97 報）―5指ロボットハンドとレッグ[12]

K. Fumihiro, T. Susumu, and I. Yasuyuki, “A機構を含む67自由度テレイグジスタンスロボット

haptic glove to display softness by stimulatingの全身マスタースレーブ制御―,” テレイグジス

deep sensation,” in World Haptics Conference

タンス研究会, pp. 7-10 2020.

Hands-on Demos, 2019, DM1.23.