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2022 年度 実績報告書

食品の高速ハンドリングのための非線形モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 20K04406
研究機関立命館大学

研究代表者

王 忠奎  立命館大学, 理工学部, 准教授 (50609873)

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)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード食品ハンドリング / 食品粘弾性 / 食品3D形状 / 食品摩擦係数 / ロボットエンドエフェクタ
研究実績の概要

2020年度~2022年度に渡って,食品モデリングとパラメータ推定,食品特性計測,ロボットエンドエフェクタ開発と高速実験を行なってきた.具体的な実績は下記の通りである.
1.食品の粘弾性を表すためにばねとダンパーを含めた3要素モデルを提案し,定式化を行った.モデルにかかわる3つの物理パラメータを効率的に推定するため,1回だけの把持及び保持テストで粘弾性パラメータを推定する手法を提案し,唐揚げや天ぷらを用いて実験検証を行なった.
2.食品ハンドリングに大きく影響する食品物理特性を計測した.食品粘弾性と摩擦係数の計測を行うため,力制御できる計測装置を開発した.3要素モデルのパラメータ推定手法を用いて,粘弾性を計測した.摩擦係数は食品を把持した後に外力で滑らせて,力センサで計測した接線力と法線力の比で計算した.3Dスキャナーを用いて様々な食品の3D形状を計測した.
3.食品の特性に基づいて,ロボットエンドエフェクタを開発した.1番目は脆弱で滑りやすい食品や水産物を把持するため,掬い込みソフトグリッパを開発した.摩擦係数が0と近いゲルサンプルや様々な食品と水産物を用いて把持実験を行った.2番目は複数のキュウリを同時に箱詰めするためのロボットハンドである.北海道の選果場で2回実証実験を行い,傷つけずに9本のキュウリを同時に箱詰めできた.3番目はカキフライを高速でトレイに入れる作業用のソフトグリッパである.ソフトグリッパに適切な剛性を持たせるために有限要素シミュレーションを行い,剛性設計を行った.パラレルロボットを用いて高速トレイ入れ実験を行った.重さが16gと40gのカキフライに対して,それぞれのタクトタイムは90個/分と80個/分を実現できた.グリッパの耐久性を調べ,接触ありで200万回を超えた.
これらに基づいて,論文誌論文18本,国際会議論文12本,国内学会発表22回の実績があった.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] 4D Printing of Hydrogels Controlled by Hinge Structure and Spatially Gradient Swelling for Soft Robots2023

    • 著者名/発表者名
      Kameoka Masanari、Watanabe Yosuke、Shiblee MD Nahin Islam、Kawakami Masaru、Ogawa Jun、Khosla Ajit、Furukawa Hidemitsu、Zhang Shengyang、Hirai Shinichi、Wang Zhongkui
    • 雑誌名

      Machines

      巻: 11 ページ: 103~103

    • DOI

      10.3390/machines11010103

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Soft Enveloping Gripper with Enhanced Grasping Ability via Morphological Adaptability2023

    • 著者名/発表者名
      Hao Yufei、Wang Zhongkui、Zhou Yuzhao、Zhou Weitai、Cai Tengfei、Zhang Jianhua、Sun Fuchun
    • 雑誌名

      Advanced Intelligent Systems

      巻: - ページ: 2200456~2200456

    • DOI

      10.1002/aisy.202200456

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 食品ハンドリング用ソフトロボットハンド2022

    • 著者名/発表者名
      平井 慎一、王 忠奎
    • 雑誌名

      FFIジャーナル

      巻: 227 ページ: 095~102

    • DOI

      10.34457/ffij.227.2_095

  • [雑誌論文] Object Manipulation by Soft Hands2022

    • 著者名/発表者名
      Hirai Shinichi、Wang Zhongkui
    • 雑誌名

      Journal of the Robotics Society of Japan

      巻: 40 ページ: 369~374

    • DOI

      10.7210/jrsj.40.369

  • [雑誌論文] Analytical Modeling of a Membrane-Based Pneumatic Soft Gripper2022

    • 著者名/発表者名
      Sachin、Wang Zhongkui、Matsuno Takahiro、Hirai Shinichi
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 7 ページ: 10359~10366

    • DOI

      10.1109/LRA.2022.3183794

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of High-Photoelasticity Polyurethane to Tactile Sensor for Robot Hands2022

    • 著者名/発表者名
      Mitsuzuka Masahiko、Takarada Jun、Kawahara Ikuo、Morimoto Ryota、Wang Zhongkui、Kawamura Sadao、Tajitsu Yoshiro
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 14 ページ: 5057~5057

    • DOI

      10.3390/polym14235057

    • 査読あり
  • [学会発表] A Soft Gripper for Automating Split Operation of Silkworm2023

    • 著者名/発表者名
      Oki Morikage, Zhongkui Wang, Shinichi Hirai, and Akira Nonaka
    • 学会等名
      2023 IEEE International Conference on Soft Robotics
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D Printable Origami-Inspired Pneumatic Soft Actuator with Modularized Design2023

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kako, Zheng Wang, Yoshiki Mori, Hongying Zhang, and Zhongkui Wang
    • 学会等名
      2023 IEEE International Conference on Soft Robotics
    • 国際学会
  • [学会発表] Jellyfish Grasping and Transportation with a Wire-Driven Gripper and Deep Learning Based Recognition2022

    • 著者名/発表者名
      Issei Nate, Zhongkui Wang, Yosuke Watanabe, MD Nahin Islam Shiblee, Masaru Kawakami, Hidemitsu Furukawa, Shinichi Hirai
    • 学会等名
      2022 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Shell Gripper Inspired by Human Finger Structure for Automatically Packaging Agricultural Product2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Aoyama, Zhongkui Wang, and Shinichi Hirai
    • 学会等名
      2022 IEEE-RAS Int. Conf. on Humanoid Robots
    • 国際学会
  • [学会発表] A ROS 2 Based Robotic System to Pick-and-Place Granular Food Materials2022

    • 著者名/発表者名
      Hannibal Paul, Zhe Qiu, Zhongkui Wang, Shinichi Hirai, Sadao Kawamura
    • 学会等名
      2022 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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