[論文レビュー] Automation of Mobile Pick and Place Robotic System for Small Food Industry

Mir Sajjad Hussain Talpur, Murtaza Hussain Shaikh|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2012

Advanced Manufacturing and Logistics Optimization参考文献 8被引用数 13

ひとこと要約

本論文では、小規模な食品およびビスケット製造業界における自動ピックアンドプレース作業を目的としたマイコンベースのモバイルロボットシステムを提示する。このロボットは、生地ののっかったビスケットトレイをオーブンに搬送し、焼き終えた後にはそれを回収する。独自に設計されたグリッパーを用いることで、自動化が限られた小規模な食品産業向けにコスト効率が良く統合されたソリューションを実現している。

ABSTRACT

The use of robotics in food industry is becoming more popular in recent years. The trend seems to continue as long as the robotics technology meets diverse and challenging needs of the food producers. Rapid developments in digital computers and control systems technologies have significant impact in robotics like any other engineering fields. By utilizing new hardware and software tools, design of these complex systems that need strong integration of distinct disciplines is no longer difficult compared to the past. Therefore, the purpose of this paper is to design and implement a micro-controller based on reliable and high performance robotic system for food / biscuit manufacturing line. We propose a design of a vehicle. The robot is capable of picking unbaked biscuits tray and places them into furnace and then after baking it picks the biscuits tray from the furnace. A special gripper is designed to pick and place the biscuits tray with flexibility.

研究の動機と目的

• 小規模な食品およびビスケット製造業界における安価な自動化の欠如に対処すること。
• オーブンへの搬送および搬出を自律的に行えるモバイルロボットシステムの設計。
• トレイの移動を正確に処理できる柔軟で信頼性の高いグリッパー機構の開発。
• モバイル移動性とマイコンベースの制御を統合し、産業環境でのリアルタイム動作を実現すること。

提案手法

• 生産ラインでのナビゲーションを可能にする車輪式移動機構を備えたモバイルロボットプラットフォームを設計した。
• 人為的介入を最小限に抑えて、ビスケットトレイを安全に持ち上げたり離したりできる独自のグリッパー機構を設計した。
• モーターの動きとピックアンドプレースタスクの順序制御を管理するマイコンベースの制御システムを実装した。
• 位置および運動制御のためのセンサーフィードバックを用い、正確なトレイ取り扱いを確保した。
• 運動計画とアクチュエータの統合により信頼性を高めた閉ループ制御環境で動作する。
• 他の小規模食品生産タスクへの適応を考慮し、モularityとスケーラビリティに重点を置いた設計である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、小規模な食品製造施設におけるトレイ取り扱いを自動化する低コストでモバイル式のロボットシステムを設計できるか？
• RQ2 壊れやすい食品トレイの信頼性の高いピックアンドプレース作業を実現するための機械的および制御戦略は何か？
• RQ3 制限された産業環境において、モバイルロボットがどのように自律的にナビゲートし、タスクを遂行できるか？
• RQ4 独自に設計されたグリッパーは、運用の柔軟性と安全性をどのように向上させるか？
• RQ5 マイコンベースのシステムは、小規模な食品生産における人的労働をどの程度代替できるか？

主な発見

• ロボットシステムは、模擬生産環境において、ビスケットトレイの自動積込および積出作業を正常に実行した。
• 独自のグリッパー設計により、損傷を伴わず安定したトレイ取り扱いが可能となり、運用の信頼性が確保された。
• マイコンベースの制御システムにより、正確なタイミングと運動の同期が達成され、一貫した性能が得られた。
• 自動化インfraが限られた小規模な食品産業への導入可能性が実証された。
• 移動性、グリッピング、制御コンponentsの統合により、機能的でエンドツーエンドの自動化ソリューションが実現した。
• プロトタイプは、食品加工分野における類似した物資搬送タスクへのスケーラビリティと適応可能性に優れた可能性を示した。