日本主導：この研究は、筆頭著者・責任著者、または著者の主要所属が日本の研究機関である研究です。

掲載誌：Journal of Field Robotics

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

研究チームは、生のカキのように柔らかく、表面が滑りやすく傷つきやすい食品を、高速で持ち上げてトレーに移すロボットハンドの開発に取り組みました。従来の柔らかいハンドでは、動きを速めると食品が滑ったり、指の隙間から飛び出したりする一方、強く保持しようとすると押しつぶしてしまう問題がありました。

そこで、食品を周囲から包み込む従来の設計を改良し、高速動作中の安定性と、過度に圧迫しないことを両立できるかを調べました。工場での試験も行い、実際の生産環境で使えるかを検証しました。

何を、どのように調べたか

新しいハンドは、柔らかい指とクッションによって、食品を包む空間を形づくります。研究チームは、包み込む空間の容積がほぼ一定に保たれる形状を採用し、摩擦や締め付ける力だけに頼らず食品を保持することを目指しました。指とクッションはシリコーンの3Dプリントで製作しました。

まず、ハンドの構造と、空気圧によって変わる指の硬さが、保持の安定性や食品の変形にどう影響するかをコンピューターで解析しました。また、重さ35グラム、初期直径30ミリメートルの円柱状に整えたあんを横方向に運び、従来型と改良型で運搬後の直径の変化を比較しました。

繰り返し持ち上げて置く試験では、生のカキ、パン粉を付けたカキ、プラスチック製のすし模型を対象に、4段階の搬送速度で性能を調べました。食品の初期の向きも3通りで検証し、改良型のほか、従来の包み込み型、クッションのない型、2本指型、市販ハンドを比較対象としました。さらに、工場でも試験を実施しました。

主な報告結果

研究チームは、改良型が高速でもカキ製品を安定して持ち上げ、所定の位置に置けたと報告しています。論文では、熟練作業者による手作業を上回る速度で扱え、従来の包み込み型や比較した市販ハンドより優れた性能を示したとしています。工場試験では、試料の向きをそろえた条件と、向きを無作為にした条件の双方で、8回中8回の搬送に成功しました。

あんを使った変形試験でも、改良型は従来型より変形を抑えました。駆動空気圧が80キロパスカルの条件では、運搬後の直径の変形率は従来型の21.67％に対し、改良型では4.90％でした。

コンピューター解析では、高速動作による揺れを抑えるには指を十分に硬くする必要がある一方、硬くしすぎると食品にかかる力と変形が増えることが示されました。比較した3種類の構造のうち、改良型は食品に加わる力と、変形によって食品内部に蓄えられるエネルギーが最も小さくなりました。

この報告が示すこと

著者らが重視するのは、高速搬送のために単に強くつかむのではなく、柔らかく接触しながら食品を十分に包み込むという設計です。動きに耐える硬さを確保しつつ、包む空間の形によって過度の圧迫を抑えることが、柔らかく壊れやすい食品の安定した搬送につながると結論づけています。

原著論文の著者・所属：Yang Zhang（Department of Robotics Ritsumeikan University Kusatsu Shiga Japan）、Zhongkui Wang（Department of Robotics Ritsumeikan University Kusatsu Shiga Japan）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Yang Zhang, Zhongkui Wang. An Enhanced Soft‐Containing Gripper for Pick‐And‐Place of Oyster Products at Extreme Handling Speed. Journal of Field Robotics（出版社：Wiley） 2026-09-08. DOI: 10.1002/rob.70335. 原著ライセンス：CC BY.