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インターネットと先端ハプティックス

豊橋技術科学大学

大学院工学研究科 機械工学系

准教授 三好 孝典

ハプティックス：触覚

当たった・触れた，押した・押された，衝撃・衝突感，硬い・柔らかい，の感覚

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パーマン：藤子・Ｆ・不二雄原作

科学技術の発達により，いずれコピーロボットが現実のものになるだろう．

コピーロボット： 主人（マスター）の通りに運動し，自身が検知したものをマスターに伝えるもの

https://youtu.be/wMRjXxHhsV8

3

コピーロボットが多数存在したとき，何が起きるか．

コピーロボットを世界各地に存在させるためには，

どのような技術が必要か．

4

コピーロボットが世界中に存在する世界

ロボットに触れた瞬間，ロボットが暴走し， 弾き飛ばされる！

5

音のループが ハウリングを起こ

す

力発生

力と運動のループが力学的ハウリング（激しい振動）を

引き起こす

インターネット

運動 インターネット

運動

反力

豊橋技術科学大学 新技術説明会 2013.7.23 6

力学的ハウリングを抑えこまなければコピーロボットは成立しない

7

遠隔手術支援ロボットシステム IBIS

東京医科歯科大学 川嶋研究室と共同研究中

医師の操作情報をロボット鉗子に指令すると共に，

鉗子が受ける力情報（反力）を医師に伝える

医師が操作する

マスタデバイス

スレーブ型

ロボット鉗子

位置情報

力情報

https://www.intuitivesurgical.com

8

豊橋技術科学大学から東京医科歯科大学のIBISを操作

9

10

力学的ハウリングキャンセラ―の提案

－ 通信遅延

通信遅延

－

力

位置

力

位置

P(s)

位相制御フィルタ

位相制御フィルタ

位相補償フィルタ 位相補償フィルタ

Gcs ( s ) Gcm ( s )

Ws ( s )

Wm ( s )

信号をたすきがけにして，様々なフィルタ（エコーキャンセラのようなもの）を挿入

従来のものに対して，ロバスト性を向上

人の

運動

モデル

機械の運動

モデル

G(s)

特許登録6245596

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遠く離れた人々がお互いの力を感じ取りながらシェイクハンド（握手）を実現する装置

http://www.chokaigi.jp/2014/booth/

cho_taiwan.htmlより転載

台湾で力を加えると，インターネットを通じて日本の装置がその力に合わせて動く

日本の装置の運動に合わせて，台湾の装置が運動する

遠隔地間で握手によるコミュニケーションを実現

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日本側 台湾側 運動情報

力情報

通信遅延

通信遅延

G(s) P(s)

(b) 伝達関数で表現したブロック図

(a) 日本-台湾間の力触覚コミュニケーションを実現する

遠隔ハンドシェイクガジェット

位置 位置

力 力

力から位置への伝達関数

位置から力への伝達関数

13

14

世界中の人々がリアルタイムにお互いの力覚を共有して コミュニケーションを楽しめる社会の実現を目指して

ソーシャルハプティックネットワークゲームへの展開

15

ソーシャルハプティックネットワークゲームとは

世界で私しか使用していないようだ．．．

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人類はじまって以来，世界に存在していないものなので，言葉がなくて当然．

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プレイヤー同士が押し合い感や衝突感を感じ取れるMMOG（大規模多人数同時参加型オンラインゲーム）

は世界的にも例が無い

映像や音声技術に基づいたオンラインゲームは既に陳腐化しており，本システムは次世代のゲーム

豊橋技術科学大学 新技術説明会 2013.7.23 18

1. ハプティック装置の製作

力センサにより操作力を検知．モータによりセンサ部分が移動．

２. 遠隔地の力情報をクラウドサーバに集めて．．．

４. 位置情報をクライアントに配信

３. サーバ内でモータの位置を演算

仮想質量位置 x

印加力 f3マウス位置x3

)()(

)()(

iii

ii

xxkxxcf

xxkxxcxm

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性バネ

粘性バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

印加力 f2マウス位置x2

印加力 f1マウス位置x1

印加力 f4マウス位置x4

19 新技術説明会 2018.01.11

サーバ（物理演算）

操作力

位置座標

20

情報通信技術

ロボット技術制御技術

画像の共有多人数参加ゲームの実現

HTML5, node.js, websocket

廉価で信頼性ある機構の実現

通信遅延を伴ったシステムの安定化

触覚を，安定に，世界中で共有

オリジナルの新理論オリジナルのコンセプト

ICTとRTの両立

20

オンラインゲーム実現のための要素技術

ICT

RT CT

豊橋技術科学大学 新技術説明会 2013.7.23 21

22 新技術説明会 2018.01.11

•遠隔地間の多数のプレイヤーが，インターネットを通じてお互いの力触覚（圧力や衝突の感覚，硬さ柔らかさの感覚）をリアルタイムに共有し合う

ハプティックレーシングゲーム

豊橋技術科学大学 新技術説明会 2013.7.23 23

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石川

木更津

函館

舞鶴

豊田 豊田 岐阜

仙台

宇部

沼津

新潟

福井

明石

小山

全国規模の8クライアント同時力覚

共有実験

25

インターネットとハプティクスによる 新しい世界の創造

ろろろろ ろろ

サーバ（物理演算）

ろろ操作力

操作力操

作力

操作力位

置座標

位置座標

位置座標

位置座標

医師が操作する

マスタデバイス

スレーブ型ロボット鉗子

位置情報

力情報

国を越えた遠隔握手

障がい者支援筆談システム

遠隔手術

テレコピーロボット

力を感じ合うネットワークゲーム

東京パラリンピックをめざして

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本当に触覚のコミュニケーションが必要な人々

手書き文字

手のひらに文字を書く方法

多くの盲ろう者が使用可能

盲ろう者は視覚・聴覚からの情報獲得が困難なため， 遠隔地同士でのコミュニケーションが難しい．

外出も困難で孤立してしまう．

触覚・力覚を使用した点字や触手話，手書き文字が有効な手段

目が見えなくてもグループ通話はできる

声が聞こえなくてもチャット・LINEはできる

26

27

従来技術とその問題点

・従来のソーシャルネットワークサービスによるコミュニ

ケーションは，絵・文字，音声，動画によるのみ．

・視覚・聴覚に障がいのある人は，SNSに参加すること

ができなかった．まさにデジタルディバイドの象徴．

・従来の触覚装置では，インターネットを介した通信を

想定していない．インターネット通信を行うと力学的ハウ

リングが起き，激しい振動が起きるので使用できない．

28

盲ろう者のためのグループ筆談システム

ろろろろ ろろ

サーバ（物理演算）

ろろ操作力

操作力操

作力

操作力位

置座標

位置座標

位置座標

位置座標

世界中の盲ろう者同士のコミュニケーションを可能にするグループ筆談（手書き文字）システムの実現

29

30

日本―ハワイ間でも動作確認済み

31

２. 遠隔地の力情報をクラウドサーバに集めて．．．

４. 位置情報をクライアントに配信

３. サーバ内でモータの位置を演算

仮想質量位置 x

印加力 f3マウス位置x3

)()(

)()(

iii

ii

xxkxxcf

xxkxxcxm

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性バネ

粘性バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

粘性

バネ

印加力 f2マウス位置x2

印加力 f1マウス位置x1

印加力 f4マウス位置x4

32 新技術説明会 2018.01.11

サーバ（物理演算）

操作力

位置座標

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1. ハプティック装置の製作

押してもデバイスが動かないことで抵抗力を感じる デバイスが移動することで操作者が相手の力を感じ取る

力センサ

モータが対向して縦軸用，横軸用にそれぞれ2個づつ取り付けられている．

力センサは操作力を計測．サーバに送り，サーバが運動を決定して，モータに移動指令を与える．

モータ