モノづくり日本会議 2022年1月18日

食産業ロボットシステムの未来を考える～SIPプロジェクト事例紹介とレストラン実証実験～
立命館大学 理工学部 教授 川村 貞夫

SIPフィジカル空間デジタルデータ処理基盤
SIP第２期フィジカル空間ディジタル信号処理基盤

CPS構築のためのセンサリッチ柔軟エンドエフェクタシステム開発と実用化

立命館大学 山形大学 ㈱人機一体 ㈱チトセロボティクス
2018年度～2022年度
研究代表者 立命館大学/チトセロボティクス

川村 貞夫
2社会課題解決
１．対象分野接触作業を伴う低労働生産性の産業分野が数多く存在
農林水産業 服飾産業 中小製造業など

食品製造業

多様な形状，柔軟物，多様な環境での物体ハンドリングは困難
ICTのみでは解決できない作業が残る
労働力不足問題現状ロボットの課題

・現状の産業用ロボットは接触作業は苦手
・重量，摩擦，変形など力学のモデルとデータ不足
・剛体ハンド 特定の対象物のみハンドリング可能認識，機構/制御，実用化の複合問題
一つの技術開発では解決できない

本プロジェクトの複合的問題解決アプローチ
認識問題

機構/制御問題

センサ，AI，クラウド

ソフト材料，制御（多種多様な対象物と変動環境）（確実/高速ハンドリング）

実用化問題（低価格/高信頼性/利用便利）

３Dプリンタ，プリンティドエレ，ビジネスモデル
材料，センサ，アクチュエータ，機構，制御，画像処理，AI，システム，IoT，クラウド，ビジネス，ルール作り
山形大学，明治大学，金沢大学，立命館大学，奈良先端大学院大学，関西大学，大阪工業大学，九州大学，iRoobo

異分野結集チームによるSI（システムインテグレーション）研究開発
4C空間とP空間を繋ぐSSES
現状のエンドエフェクタ
・低機能・高重量・触覚などセンサなし
・IoT化されず・高剛性・高価格
・安全基準なし

サイバー空間（C空間）

AI/ビッグデータ活用

遠隔保守点検作業実現物のデータベース

センサリッチ柔軟エンドエフェクタシステム（SSES）
・触覚を含めた複合センシング
・触覚/力覚情報を含めたクラウドデータ処理
・柔軟エンドエフェクタ

IoTプラットフォーム

エッジコンピューティング
センサプラットフォーム

力学基盤作業にはCPギャップ存在
GAFA 視聴覚情報PF化
力学基盤作業 日本の優位性

カメラ，マイクロフォン，フィジカル空間（P空間） 力覚/触覚センサ，触って分かる実世界

圧力センサ 温度センサ・・・

目標
現状

SIP目標
My-IoT

サブI連携

物のデータベース

物の知識
作業戦略

フィジカル空間

2023年３月

サイバー空間ロボット
エンドエフェクタ

エンドエフェクタ
利用知識

食産業 農林水産業
中小製造業など

AI学習

ロボット接触技術未成熟
IoT化遅れ30程度実現

エッジコンピューティング

ハンドリング作業
労働集約型産業

労働者不足

SSES成果活用事業

センサ
サブII連携MSM
マルチセンサモジュール

PreMSM

SSES-PF/接触基盤ロボット技術開発
食産業 農林水産業 保守点検

30程度の事業化例達成（SSES:MSMおよびMy-IoTを含めた全体のハンドリングシステム）

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SI（システムインテグレーション）？
・既存要素を繋げばよいか？
繋ぎ方に時間/費用大きく発生
・最適化された要素の組み合わせは？
システム最適化が必要
・既存要素がシステムによって有用か？
システムのための要素開発が必要
例 野球チーム
9人のメンバーに年俸の高い選手ばかりを集めたチームが強いか？
組み合わせ（システム化）の方策が成績に重要
本プロジェクト方針・システム化に不足する要素は新たに開発（エンドエフェクタなど）
・システム最適化の技術開発 （要素を容易に繋げる方法など）
・システム設計からの異分野結集チーム運営

２．推進体制

ニーズ駆動問題作成

現場ニーズから共通問題を作成し実用化
多くの企業との面談によりニーズ明確化して問題作成

ニーズから問題作成後，解決技術チーム（ユニット）形成

2021年度から試作システムを重点化

88得られた成果の普及促進のために試作システムから事業化へ
情報発信/収集機能強化

オープン/クローズド戦略

技術移転方法検討

成果拡大協力企業（2021年度から開始）

SIコーディネート作業

9アドバント株式会社

代表取締役社長 岡田智則

Robots Town株式会社
代表取締役社長 白坂紳滋

本事業にご協力頂ける企業/法人などは事務局にご連絡ください．

協力支援企業/法人 140社程度

役割 ・情報提供 ・材料提供 ・機器提供 ・技術者協力・実証実験フィールド提供

推進協力企業/法人（2021年度から開始）

役割 ・PrePF実証実験を企業が主体的に実施 ・発展的な共同研究を実施 ・成果PFの製造/販売 ・成果知財の活用
9地方中小企業へのSIP成果の急速な拡大
・成果普及の情報発信
・PFに対する多様なニーズのフィードバック・MSM試験運用 SSESーPF試験運用

SIP北海道重点化政策
・日本の食料10%が北海道産・新設備導入が比較的可能な状況①詳細ニーズ調査②北海道シンポジウム（予定）連携拠点北海道 山形 滋賀 和歌山 広島 福岡 沖縄
今後，四国 九州に予定

地方公設試
・各地方特有のニーズ
・地元企業ネットワーク

立命館

地方経済の活性化
地方中小企業の生産性向上

人機
チトセ

配布用パンフ作成（６ページ）

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SSES製造企業

SIer企業推進協力企業
協力支援企業群

体制図

推進協力企業
協力支援企業群

一般社団法人 iRoobo

SIP SSES
PF成果（エンドエフェクタPF，MSMPF, My-IoTPF）
食産業事業化部

地方公設試
コーディネーターSI企業
各地方の中小企業
ネットワーク活用

農林水産業事業化部
CPS推進部
事業化推進部

CPS化された第２実証実験室

ユーザー企業SIP-SSES事業化推進事務局

川村貞夫 王忠奎
事務局長 清水正男
副事務局長 岡田智則 白坂紳滋
立命館大学 ＢＫＣリサーチオフィス

立命館大学生協
レストラン実証実験室

外部組織とのインターフェイス企業の営業活動推進協力企業
協力支援企業群

３．問題整理ロボット普及困難状況
製品

センサ製造企業

費用
製品

ソフトウエア企業

費用
製品

EE製造企業

ロボット製造企業

費用
製品

費用

SIer
実現できない理由
・EEの機能不足
・認識能力不足・高価格・システム機能不足
衛生，速度，保守管理
技術で不可
利益で不可システム

製品
製造企業

製品
費用

顧客

費用

雇用者

費用

労働者雇用費300万円/人労働SIPプロジェクト目標
製品

センサ製造企業

費用
製品

ソフトウエア企業

費用
製品

EE製造企業

ロボット製造企業

費用
製品

費用

SIer

システム

システムに必要な要素開発
システム化容易とする 費用
技術開発（SI費用を減少）技術で可利益で可SIerを通じて各要素企業に資金が流れる

製品
製造企業

製品
顧客
費用

製造企業が支払い可能
金額範囲

SIP事業化成功 ＝EE([SIP-EE]＋[既存EE])X[製造企業]
EE（エンドエフェクタ）
困難なハンドリング実現

X

SC[SIP-SC]X[製造企業]

X

SC(システムコンポネント)
SIの負担低減 低価格化
SC例
IoT，クラウド，ROS２，NodeRed，MSM，DB，アクチュエータユニット，ビジュアルフィードバックなど

SI[SIer]＋[ユーザ]

SIerの利益増大
自動化導入数増
新SIer参入
ユーザ直接利用

要素/システム開発
４．開発例

EE センサ利用技術/エンドエフェクタ開発

空気圧駆動柔軟エンドエフェクタ

専用タスクエンドエフェクタ

３DプリンティングによるSSE試作
実利用柔軟エンドエフェクタの製造に３Dプリンタの有用性確認

多指エンドエフェクタ

ロッド基盤エンドエフェクタ

SC MSM（マルチセンサモジュール）https://sip-sses.net/
外部サーバー利用HP立ち上げ完了

各種センサ情報を簡単にクラウドへつなぐ
フィジカル空間データを簡単にサイバー空間へ
HPから利用者が必要情報をダウンロード
・ハード情報 ・アプリケーション

PreMSM実証実験開始中（ご興味ある方はご連絡下さい．）

機械的接触，変形，摩擦などの情報が重要

各種既存センサ 新センサなど活用

従来よりもセンサ種類，センサ数を増やして，ビッグデータから見えなかった物，状況を見える化

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SC ROS2/Nodered オープンソフトウエア
センサ数多い センサ種類多い アクチュエータ数多い 関連機器多い
システム化のためのプログラム開発負担大きい
オープン化されたミドルウエア

本プロジェクト ROS２ NodeRed

１）Bluetooth経由でセンサーボードのデータを受信
２）JSON パーサでStringをobjectに変換
４）加速度の単位を追加

６）ゲージの表示

５）データ変換

７）チャートの表示

9軸センサ
BMX055の処理

ROS２によるロボット/ハンド制御
ROS2：企業ニーズに合うロボットソフトウエア
ROSよりもリアルタイム性，セキュリティなどで優れている（ジャイロセンサの処理）

３）データパケットのセンサ種別を見て処理を振り分ける（9軸センサの次の処理に）（他のセンサの処理に）(データ処理完了)

Node-RED フロー

８) JSON stringに変換
17９) SIPサーバに送信ROS2 サブテーマI連携

ROS2 クラウド上プログラムのオープン化①URロボットと自作EE（Robotis社モータユニット）をROS2で制御
食器のハンドリングと実現（9月日本ロボット学会で発表）②ROS2プログラムをHPで公開中
https://sip-sses.net/
2021.9. SIP専用HPを外部サーバーに開設③ROS2利用による産業用ロボットの制御・模擬弁当製造ライン（スカラロボット6台）のシステム化
・デンソーウエーブ社（推進協力企業）と共同作業中

今後も様々な機器のプログラムをROS2で作成して公開予定

SC AI/データベース
AI食器認識残飯，食器以外物接続，重なり複雑AIにより認識可能

食器DB利用食器幾何情報
事前登録可能ロボット運動制御
目標位置姿勢決定クラウド利用メリット
・計算機パワー ・遠隔情報処理 ・データ収集 ・データ維持管理

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物のデータベース 対象物DBとAI画像認識の統合によるハンドリング戦略
食器/食品/農林水産物の形状/重量/粘弾性/摩擦特性のDB化

3次元形状計測（ピーマン）

Z. Wang, et al.,Journal of Food Engineering,
310:110707, Elsevier, 2021

3要素粘弾性モデル
生牡蠣の弾性計測

独自開発粘弾性計測装置

日本ロボット学会産学連携調査研究委員会
食品サンプル規格標準化WG 企画 参加
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SC キャリブレーションレスビジュアルフィードバック(チトセロボティクス)
針穴糸通し作業ビジュアルフィードバック制御
厳密キャリブレーション不要

不定形ケーブルトラッキング作業
ビジュアルフィードバック制御
厳密キャリブレーション不要

箸ハンド
ビジュアルフィードバック制御
高精度食品ハンドリング

食品用ハンドリングシステム （パン）ビジュアルフィードバック制御によるハンドリング
フードテックジャパン展示 中西製作所ｘチトセロボティクス

実証実験フィールド(立命館大学内)

システム実証例
全実験室CPS化

生協食堂食器返却コンベア

エッジ
サーバー

各種センサ
内蔵センサ

サイバー空間・物のデータ・運動のデータ

生協教職員用レストラン2021年から営業中止
第３実証実験室として常時利用可能

学外サーバ契約

PreMSM

食器洗浄模擬ライン

第３実証実験室
レストランホール
93㎡
客席40～5022
第１実証実験室 食品製造模擬ライン 第２実証実験室 食品盛り付けシステム

厨房 25㎡
食洗場 25㎡

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レストラン実験 第３実証実験室
システム化
限定条件では7件程度が目標に到達
高さ情報既知今回
環境との接触は想定せず把持方向のみ柔軟

食品盛り付け実証例

モータ電流制御による柔軟性

高さ情報未知環境との接触を想定して把持方向と他の方向に柔軟

宴会後の下膳作業自動化 空気圧圧力制御による柔軟性

食洗器への食器投入実証例
空気圧ベローズパラレル構造による全方向への柔軟性

５．おわりに（１）合目的エンドエフェクタ開発の重要性

・開閉グリッパと人型ハンドの二極化
産：既存グリッパ 学:人型ハンド
目的に合ったEEの多様性が必要
・ロボットなど定義のあいまい性，研究者の甘え，事業者の理解不足
制限の無い汎用機械は存在しない．
・問題つくりの重要性 ロボットで実現か？環境で実現か？
作業者の完全な代替をロボットで実現する必要はない
類似状況 車輪と道路
・半導体や自動車などロボットは異なり，要求機能が多様

（２）システムインテグレーションの価値を産官学が重視
官 SIの国家プロジェクト推進
・SIは日本の強み
・単独ベンチャーでは困難（欧米/中国に対応可能）
産 SIに十分な対価の支払い・商習慣の改革 社会的認知向上
・SIに適した要素製造 世界的長期的には製造企業にメリット
学 学術としての評価 「設計科学」構築
・SIの科学が学術としてのロボティクスの基盤
・実現するシステムの妥当性の説明
・他の諸分野と異なる独立した学術分野であることの証明

ご連絡［１］MSM利用 （オープン技術）
・HPでハード設計方法公開
・HPからソフトウエアダウンロード可能・実証実験希望者募集中です．
［２］協力支援企業/法人，推進協力企業/法人などご興味ある方は事務局までご連絡ください．
sses@st.ritsumei.ac.jp

ご清聴に感謝申し上げます．
ご意見，ご質問など よろしくお願いいたします．