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腸管神経機能を規範とした蠕動運動型柔軟機構の食品/化学系製造プロセスへの社会展開

公募研究

研究領域ソフトロボット学の創成:機電・物質・生体情報の有機的融合
研究課題/領域番号 21H00329
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関中央大学

研究代表者

中村 太郎  中央大学, 理工学部, 教授 (50315644)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 交付 (2022年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード蠕動運動 / ソフトアクチュエータ / ミキシングポンプ / 自律分散制御 / マルチモーダルセンシング / 機械学習 / 社会実装
研究開始時の研究の概要

食品化学系の製造分野や建築分野を中心としたアフターコロナの世界では,労働集約型の環境は回避され,人と機械が混在して働くような自動化環境の構築が加速していく.また,最近,我が国の製造業における工場の国内回帰への傾向は一層強まり,無人化における人件費の削減は今後重要な課題となる.
そこで本申請では,化学薬品・食品系の製品化工程におけるプロセス等に代表される高粘度流体や粉体が混入したスラリーの混合搬送に着目し、開発されたソフトロボットのひとつである蠕動運動型ポンプにを用いて、被搬送物のより精密な状態推定と汎用性の高い制御系の構築し、その有用性を検証する。

研究実績の概要

食品・化学系の製造分野や建築分野を中心としたアフターコロナの世界では,労働集約型の環境は回避され,人と機械が混在して働くような自動化環境の構築が加速していく.また,最近,我が国の製造業における工場の国内回帰への傾向は一層強まり,無人化における人件費の削減は今後重要な課題となる.
そこで本申請では,化学薬品・食品系の製品化工程におけるプロセス等に代表される高粘度流体や粉体が混入したスラリーの混合搬送に着目し、開発されたソフトロボットのひとつである蠕動運動型ポンプにを用いて、被搬送物のより精密な状態推定と汎用性の高い制御系の構築し、その有用性を検証する。
現在までの研究実績を以下に示す。
・化学系製造分野における社会実装のひとつとして固体ロケット燃料の生成を取り上げた。まず、実装にあたり製造過程における清掃やメンテナンスの観点から、混合搬送物のパッケージング化を確立した。このパッケージング化により蠕動ポンプによる混合効率がも向上した。
・実装に近い固体ロケット燃料の材料の混合に成功し、流体系センシング手法によりスラリーの混合状態の判定も可能となった。
・流体センシング機能を包括した自律分散制御による混合搬送手法を確立した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在までの進捗状況は以下の通りで、おおむね順調に進展していると判断している。
・社会実装を鑑みて、蠕動ポンプユニットの流体系センシングおよび制御機構を独立して設計した。
・自律分散による制御法を確立し、剛体の検知とその搬送に成功した。
・社会実装を鑑みて、清掃による負担や混合の効率化を図るため、固液混合体のパッケージング化をお試みて、そのミキシングに成功した。
・実際の固体ロケット燃料の模擬材を用いた物体検知と混合搬送におけるプロセスのセンシングに成功した。

今後の研究の推進方策

今後の課題として、以下の3点を挙げる。
・蠕動ポンプの流体センシングのみによる、機械学習を用いた混合判定手法の確立。
・固液混合流体(搬送スラリ)のパッケージング化に伴う、流体系センシングの影響に関する検討。
・自律分散制御系による剛体以外の搬送手法の確立
・流体センシング以外のセンシング手法の確立とポンプユニットへの搭載法の検討
・マルチモーダルによる混合状態の汎化性と精度向上に向けた検討

報告書

(1件)
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Peristaltic Mixing Pump Based on Bowel Peristalsis Using Pneumatic Artificial Rubber Muscles and Prospects for Practical Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Taro Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 34 号: 2 ページ: 276-278

    • DOI

      10.20965/jrm.2022.p0276

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • 年月日
      2022-04-20
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 空気圧人工筋肉を用いた生物型ソフトロボットの実用化へ2022

    • 著者名/発表者名
      中村太郎
    • 雑誌名

      油空圧技術

      巻: 61-3 ページ: 36-41

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Generalization Capability of Mixture Estimation Model for Peristaltic Continuous Mixing Conveyor2021

    • 著者名/発表者名
      Oshino Sana、Nishihama Rie、Wakamatsu Kota、Inoue Katsuma、Matsui Daisuke、Okui Manabu、Nakajima Kohei、Kuniyoshi Yasuo、Nakamura Taro
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 138866-138875

    • DOI

      10.1109/access.2021.3112614

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Packaging of Mixed Materials in Peristaltic Mixer for Solid Propellant Production2021

    • 著者名/発表者名
      Kota WAKAMATSU, Daiki HAGIWARA, Haruka ADACHI, Kyota ASHIGAKI, Akihiro IWASAKI, Yasuyuki YAMADA, Hiroto HABU, and Taro NAKAMURA
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      巻: 19 号: 2 ページ: 205-210

    • DOI

      10.2322/tastj.19.205

    • NAID

      130007994893

    • ISSN
      1884-0485
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] やさしく混ぜながら運ぶ!腸管構造を模した柔軟な蠕動運動型ポンプ(ソフトマターによるソフトロボット技術の社会実装への挑戦)2021

    • 著者名/発表者名
      中村太郎
    • 雑誌名

      日本設計工学会誌

      巻: 56-9 ページ: 439-444

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] 腸の動きを規範とした蠕動運動型ポンプロボットの開発と社会実装-パイプがムニュムニュ動いてやさしく混ぜながら運ぶ!?2021

    • 著者名/発表者名
      中村太郎
    • 雑誌名

      青淵(公益財団法人 渋沢栄一記念財団 機関紙)

      巻: 870-9 ページ: 59-62

    • NAID

      40022685706

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Proposal of a decentralized peristaltic movement generation based on actual intestines and verification by content transfer experiment2022

    • 著者名/発表者名
      D. Matsui, S. Oshino, I. Terayama, R. Nishihama, M. Okui, and T. Nakamura
    • 学会等名
      Proc. 2022 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of Distributed Sensing System for Peristaltic Continuous Mixing Conveyor Imitating Intestines: Internal State Measurement Using Accelerometer2021

    • 著者名/発表者名
      S. Oshino, K. Wakamatsu, D. Matsui, R. Nishihama, M. Okui, and T. Nakamura
    • 学会等名
      IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improved Conveying Efficiency of a Peristaltic movement type Pump Using a Watering System for Vertical Conveying of Excavated Soil at Construction Sites2021

    • 著者名/発表者名
      H. Oshima, H. Adachi, D. Matsui, K. Wakamatsu, H. Kumamoto, S. Oshino, M. Ueda, and T. Nakamura
    • 学会等名
      IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 柔軟ひずみセンサを用いた蠕動運動型混合搬送装置における内部挙動計測2021

    • 著者名/発表者名
      押野紗菜, 松井大育, 寺山伊織, 熊本寛也, 大島煕恭, 西濵里英, 奥井学, 中村太郎
    • 学会等名
      計測自動制御学会インテグレーション部門講演会2021(SI2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 腸管を規範とした蠕動運動型混合搬送装置を用いた分散型蠕動運動生成の提案2021

    • 著者名/発表者名
      松井大育, 押野紗菜, 寺山伊織, 西濵里英, 奥井学, 中村太郎
    • 学会等名
      システムインテグレーション部門講演会2021(SI2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 腸管を規範とした蠕動運動型混合搬送装置を用いた混合と搬送の連続的表現の検討 ―連続的な分節運動と蠕動運動の動作パターンの提案―2021

    • 著者名/発表者名
      松井大育,押野紗菜,若松康太,西濱里英,奥井学,中村太郎
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] , "分散型センシングシステム腸を規範とした蠕動運動型混合搬送装置における混合度推定精度の向上2021

    • 著者名/発表者名
      押野紗菜, 若松康太, 井上克馬, 松井大育, 西濵里英, 奥井学, 中嶋浩平, 國吉康夫, 中村太郎
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 建設現場での蠕動運動型ポンプによる土砂搬送の効率向上2021

    • 著者名/発表者名
      大島煕恭, 足立遼, 若松康太, 松井大育, 熊本寛也, 押野紗菜, 上田昌弘, 中村太郎
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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