| 研究課題/領域番号 |
20K04406
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
王 忠奎 立命館大学, 理工学部, 准教授 (50609873)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
食産業自動化が進まない原因となるロボットエンドエフェクタの不足問題を解決するため，食品高速ハンドリングに関わる食品のモデリング，力学特性計測，ロボットエンドエフェクタの開発を研究した．食品の粘弾性を再現するために3要素モデルとパラメータ推定手法を提案し，唐揚げと天ぷらを用いて実験検証を行なった．また，実験装置を開発して，食品ハンドリングに大きく影響する食品物理特性である粘弾性，摩擦係数，３D形状を計測した．さらに，粘弾性モデルと物理特性に基づいて，脆弱で滑りやすい食品の把持用グリッパ，天ぷら自動盛り付け用ロボットハンド，カキフライの高速トレイ入れ作業用のグリッパ，を開発し，実験検証を行なった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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