2020 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of nonlinear modeling method for high-speed food handling
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20K04406
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
王 忠奎 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 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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| Keywords | 食品ハンドリング / 粘弾性 / 摩擦係数 / 計測装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２０年度は、主に食品計測装置の設計、製作、食品粘弾性のモデリング、粘弾性パラメータ推定、摩擦係数の計測手法、食品計測実験などに関する研究を行った。具体的な実績は下記の通りである。
１．ロボットハンドリングの状況を再現した食品粘弾性と摩擦係数を計測できる計測装置を設計、製作した。計測装置は主にラックピニオン機構で駆動するロボットハンド、６軸力センサ、滑りを引き出すための押し付け棒、ハンドと棒の上下運動を実現するためのリニアスデージで構成される。ハンドは力制御と位置制御の両方を実現可能とした。２．食品の粘弾性を３要素モデルで表し、定式化を行い、シミュレーションを行った。ロボットハンドリングのために推奨する把持領域を見つけた。３．計測実験で１回だけの把持及び保持テストでパラメータ推定を可能とする粘弾性パラメータ推定の手法を確立した。４．摩擦係数の推定について、引き出した滑りの際に計測した法線力と接線力の比で行う。有限要素シミュレーションでこの手法を確認した。５．食品計測実験を５種類の天ぷらを用いて行った。把持力と把持速度の影響を実験で調べた。６．摩擦力だけで把持困難な水産物や重たくて滑りやすいものをハンドリングするために、掬いこむハンドを提案と試作し、様々の食品の把持実験を行った。
これらの研究成果を基づいて、論文誌論文７本、国際会議論文４本、国際発表４回、国内発表１１回の研究実績があった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度新型コロナウイルス感染症の影響で、研究進捗が一時的に遅延などが発生したが、緊急事態宣言が解除された後に、様々な対策を実施しながら研究開発の遅延を挽回した。現状はおおむねに研究を順調に進めている。国際会議や国内の学会講演会などもすべでオンライン開催となっているので、研究発表も順調に行っている。また、以前国際会議や国内の講演会に参加する際の出張がなくなったので、出張時間を研究開発に活用することによって研究の進捗に役に立った。
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| Strategy for Future Research Activity |
２０２１年度の研究計画は下記の通りと考えている。
１．当初の計画により新しく加えた研究内容である。粘弾性と摩擦係数の他、食品の３D形状の計測も視野に入れた。３D形状データと粘弾性、摩擦特性が揃えば、物理シミュレーションエンジンなどを用いて、だれでも食品ハンドリングをシミュレーション上で確認することができる。
２．様々な食品の計測を行う。弁当食材、農産物、水産物などを含め、数多くの対象物の３D形状、粘弾性、摩擦係数を計測する。計測したデータをグループ化することによって、ロボットハンドリングのための食品特性データベースを構築する。さらに、各グループの中の代表的な食品を用いて既存のロボットハンドの把持性能を評価し、食品とロボットハンドの対応付けを行う。
３．計測した食品の特性を基づいて、食品を高速でハンドリングする際に必要となる条件を検討する。動力学モデルを構築し、食品の粘弾性と摩擦特性を考慮した高速ハンドリングの条件を定式化する。さらに、物理シミュレーションエンジンを用いて、食品高速ハンドリングの動力学シミュレーションを行う。
４．摩擦力のみでハンドリング不可能な滑りやすい水産物を対象物とした掬い込みハンドを改良する。現在使っている薄い板と圧縮ばねの組み合わせた構造を廃棄し、板ばねのような構造で対象物を掬い上げる。伸縮糸の代わりに切り紙などを利用した薄い膜を用いて対象物を包み込む。そうすることによって、グリッパの構造をさらに単純化でき、実用化しやすくなる。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は新型コロナ感染症の影響で出張費用が大幅に激減したことである。使用計画について、今年度の出張や論文投稿料などとして利用したいと考えている。
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Research Products
(22 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
Pages: 2100002～2100002
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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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
Pages: 143～143
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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