電源供給を必要としないモアレ縞を 用いた微小変位可視化メカニズム 広島大学 大学院工学研究科 システムサイバネティクス専攻 助教 高木 健 http://www.robotics.hiroshima-u.ac.jp 背景 ・どれだけの力を加え ているか分からない？ 操作者がその力を知るためには・・・ ＜従来の方法＞ 力センサを用いて・・・ ・モニタ表示 ・コントローラに力覚を再現 提案手法 作業対象を見ながら 操作することに着目 力を可視化 ＜利点＞ ・モニターの力表示を見なくて良い ・画像より力情報を取得できる など（医療応用にて説明） 力の測定方法 力を測定するには・・・ 弾性変形による変位を測定する。 モアレ縞を用い変位を拡大して表示 モアレ縞 拡大表示 微小な変位 微小な変位を視覚的に拡大表示できる モアレ縞：２枚の格子を傾けて重ねると観測される元の格子より間隔の広い縞 弾性変形部 変位 A x 透明 A 薄い板 B B 力 不透明 視認性を高めるために 数値で表現することで 相対的な表示から絶対的な表示に 力の可視化 力 ０N ６N １２N 力 １８N ２４N 画像処理にて数値を取得 観測されたモアレ縞画像 相互相関解析 0[N]画像との位相差を計算 0[N] ｙ ｙ軸方向の輝度値の平均 5[N] ｘ 140 130 120 110 100 90 80 0[N] 70 60 0 50 5[N] 100 150 x軸 [pixel] 200 250 モアレ縞の移動量[pixel] （画像処理） 実験結果 140 120 100 減少方向 80 60 増加方向 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 力[N] （力センサ） 画像処理にて数値で力情報が得られる 医療分野への応用 内視鏡による手術 ＜利点＞ など・・・ ・電気的な要素を 嫌う環境で使用可 ・見ているすべての人が 力情報を共有できる 鉗子先端部への実装 A B 弾性要素 10mm 表示部 モアレ縞 と 文字 動物実験 建築・土木分野への応用 工場 建築物 橋梁 いつもとは異なる物理現象が現れる場合，異変が生じていると考えられる 保守管理のため正確な物理現象の計測が求められている 対象が非常に大きい 問題点 • 電源供給 • 配線・センサの配置 建築・土木分野への応用 加速度を可視化 2軸加速度可視化メカニズム 高速カメラ • 計測対象に取り付けるのみ • 遠隔から計測可能 • マーカ部に電気的な要素不使用 モアレ縞（2軸） 建築・土木分野への応用 望遠レンズ 拡大 加速度可視化 メカニズム 遠隔かつ計測対象には電源不要で，加速度情報を取得． 加速度の計測（電源不要） この壁の微小な振動を撮りたい！！ カメラ 振動可視化 メカニズム まとめ ・電気的な要素を用いることなく，力の大きさを可視化した． ・工業分野への応用としてロボットグリッパ，医療分野へ の応用として医療器具，建築・土木分野への応用として安 全モニタリングなどが考えられる． 実用化に向けた課題 ・ 明確なターゲットの決定 ・ 組立工程の確立 企業への期待 本研究室では基礎技術の確立を目指しています． 本研究室では，一般の方に簡単なデモンストレーションするため のものであれば製作できますが，商品化できるほど作りこむ（研 究ではなく，主に開発する）ことは現実的に難しいです． （新入社員になる前の学生さんが 商品を作ることはかなり難しいです．） 基本的な構成は非常にシンプルです．開発に協力してい ただける企業の方を求めています． お問い合わせ先 広島大学産学連携センター 産学連携部門コーディネーター 榧木 高男（かやき たかお） Tel : 082-421-3704 E-mail : [email protected] 本技術に関する知的財産権 発明名称 ：微小変位表示デバイス及びこれを用 いた建造物の異常振動監視システム 出願番号 出願人 発明者 ：特願2009-124730 ：国立大学法人広島大学 ：高木 健，石井 抱， 藤井 堅，大政 洋平
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