Establishment of nonlinear modeling method for high-speed food handling
| Project/Area Number |
20K04406
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
Wang Zhongkui 立命館大学, 理工学部, 准教授 (50609873)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川村 貞夫 立命館大学, 理工学部, 教授 (20186141)
平井 慎一 立命館大学, 理工学部, 教授 (90212167)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 食品粘弾性 / モデリング / 高速把持 / ロボットエンドエフェクタ / 食品ハンドリング / 食品３D形状 / 食品摩擦係数 / 食品計測 / ３D形状 / 摩擦係数 / 粘弾性 / 計測装置 / 非線形モデル / 食品 / 高速 / ハンドリング |
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| Outline of Research at the Start |
少子高齢社会の加速により，食産業の人手不足問題がさらに深刻となり，自動化のニーズが急速に高まっている．食品産業の自動化を困難にする理由は，二つが挙げられる：「①対象物の形状と柔軟性などの特性が多種多様であり，確実把持が困難となる」，「②高速なハンドリングが要求される」．人は食品のハンドリングを達成できても，なぜ可能なのか科学的説明はできていない．ハンドリングの視点からの食品特性と有用な力学モデルはまだ不十分である．本研究では，食品ハンドリングのための有用な数理モデルを構築する．また，食品ハンドリングに重要な情報として，形状，表面粗さ，粘弾性，摩擦などの特性を効率的に計測可能な装置を開発する．
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| Outline of Final Research Achievements |
One reason hindering the development of automation in the food industry is the lack of robotic end-effectors for handling food materials. To solve the problem, we studied food modeling, measurement of mechanical properties, and development of robotic end-effectors for high-speed handling of food products. A three-element model and parameter estimation method were proposed to reproduce the viscoelasticity of foods, and experimental verification was conducted using fried chicken and tempura foods. We also developed an experimental apparatus and measured food properties such as viscoelasticity, friction coefficient, and 3D shape, which are playing essential roles in robotic food handling. Based on the physical properties, a gripper for gripping fragile and slippery foods, a robotic hand for automatic arrangement of tempura, and a gripper for high-speed tray-loading of fried oysters were developed and experimentally validated.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
学術的に，剛体物体の操作に関する研究が多く行われていたが，食品のような粘弾性がある柔らかい物体を高速で扱うときのモデリングと把持成功や失敗に繋がる理由はまだ解明されていない．本研究で提案した食品の粘弾性モデルとパラメータ推定手法や食品特性の計測は食品ハンドリングに特化した方法であり，食品の高速ハンドリングの解明に役に立つ．
社会的に，食産業の自動化に不可欠となるロボットエンドエフェクタはまだ少ない現状がある．特に，滑りやすい食品や脆弱食品を高速でハンドリングできるロボットエンドエフェクタはさらに稀少である．本研究で開発したいくつかのロボットエンドエフェクタはこの状況を改善することが期待できる．
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Report
(4 results)
Research Products
(59 results)
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[Journal Article] Artificial Cutaneous Sensing of Object Slippage using Soft Robotics with Closed‐Loop Feedback Process2021
Author(s)
Tomohito Sekine, Yi-Fei Wang, Jinseo Hong, Yasunori Takeda, Reo Miura, Yushi Watanabe, Mai Abe, Yoshiki Mori, 王忠奎, Daisuke Kumaki, Fabrice Domingues Dos Santos, Atsuhsi Miyabo, Sadao Kawamura, and Shizuo Tokito
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Journal Title
Small Science
Volume: 1
Issue: 3
Pages: 2100002-2100002
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Relationship between Photoelasticity of Polyurethane and Dielectric Anisotropy of Diisocyanate, and Application of High-Photoelasticity Polyurethane to Tactile Sensor for Robot Hands2020
Author(s)
Masahiko Mitsuzuka, Yuho Kinbara, Mizuki Fukuhara, Maki Nakahara, Takashi Nakano, Jun Takarada, 王忠奎, Yoshiki Mori, Masakazu Kageoka, Tsutomu Tawa, Sadao kawamura, Yoshiro Tajitsu
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Journal Title
Polymers
Volume: 13
Issue: 1
Pages: 143-143
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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