HapticMaster

Many robot manipulators are huge and expensive these days. This distracts the development of application which human and computer interacts. Haptic Master can presents reaction force to user's hand, can figure out its posture and position on desk. Therefore, it is effective to main artificial reality applications such as scientific visualization and 3D modeling.

ところで、パラレルマニピュレータの典型的な構造は、スチュワートプラットホームと呼ばれる８面体構造をしています。スチュワートプラットホームは、頭部三角形が６つの、長さを調節できる直動シリンダによって支えられています。このようにすることで、小型で、そのわりに高出力なマニピュレータを作ることができます。しかし、この機構では、可動範囲が小さくなり、バックドライバビリティー（頭部三角形の運動の可逆性）が欠如する（シリンダの摩擦が大きく、頭部三角形を外部からの力で動かすことが難しくなる。）という欠点があります。

Parallel manipulator's is octahedral structure which is called Stewart platform. The top triangle of Stewart platform is supported by six linear cylinders whose length are variable. With this, high output manipulator can be made with small size. However, there are problems

Haptic master は、３つのパンタグラフを直動アクチュエータの代わりに用いています。それぞれのパンタグラフは、３つのＤＣモータが取り付けられておりＰＷＭ（パルス幅変調方式）によりトルクの制御が行なわれています。全体で９つのモータが使われており冗長駆動になっています。 パンタグラフの先端は、頭部三角形の頂点に立体角の大きな球面継ぎ手を介して取り付けられています。このパンタグラフを用いた機構は、８面体構造と等価であり、尚且つ可動範囲とバックドライバビリティの問題を解決します。さらに、マニピュレータの可動部分の慣性が小さいので、補償の必要もなくなっています。

可動範囲は、直径４０ｃｍの球形で、各関節に取り付けたポテンショメータにより関節角を計測し、手先の位置姿勢を同次変換により求めることができるようになっています。また、最大反力は、700kgf以上になっています。

Haptic Master は、任意の方向、大きさの反力を提示できます。このコンパクトな機構で、操作者は、下記のような３種類の仮想物体の物理特性を知覚できます。

１．硬い表面

仮想の表面の法線方向の反力を、操作者の手に提示することで実現します。ユーザーは、その表面を簡単にはつき抜けることはできないようになっています。

２．弾性のある表面

操作者は、表面を押したり、変形したりすることができます。反力は、変形量に比例して増加します。このような反力は、３次元形状モデリングなどで効果を発揮します。

３．流れ

操作者が流れの中に手を入れると、流体から抵抗力を受け、渦に入ればねじられるような力を感じます。そこで、流速を力で、渦はトルクによって表現します。このような反力は、サイエンティフィックビジュアライゼーション等で効果を発揮します。