「つかむ」と同時に内部品質を推定する 非破壊検査新技術「InSIGHT Grip」を開発

芝浦工業大学(東京都江東区／学長 山田 純)システム理工学部の桑原央明准教授(実世界情報メカトロニクス研究室)は、ロボットハンドによる「把持(つかむ)」と「検査(知る)」を同時に行う新しい非破壊検査技術「InSIGHT Grip(インサイトグリップ)」を開発しました。

この技術は、モーター情報のみで把持力と加振を制御する独自技術によって高価な力覚センサーを不要としながら、対象物を優しくつかみ、その内部状態(熟度や劣化具合など)をリアルタイムで推定するものです。これにより、従来は別々に行われていた作業工程と検査工程の一体化が可能になります。

ロボットアームの先端に装着した「InSIGHT Grip」のプロトタイプ

ロボットアームの先端に装着した「InSIGHT Grip」のプロトタイプ

異なる硬さのばね(図上部)を用いて外部と内部を模した検証装置

異なる硬さのばね(図上部)を用いて外部と内部を模した検証装置

■ポイント

・ロボットハンドによる「把持」と「内部品質検査」の同時実現で工程を短縮可能に

・力覚センサーを用いない独自制御で、装置の小型化と低コスト化を両立

・振動応答解析により表面と内部の硬さを解析

■大型装置や工程の分離がもたらす生産現場の課題

農産物の熟度判定や工業製品の劣化診断において、対象を壊さずに調べる非破壊検査の需要が高まっています。しかし、現在主流となっているレーザーや音響を用いた検査手法は、正確な情報を得るために装置が大型かつ高価になる傾向がありました。また、収穫や選別といった「作業」と「検査」が異なる工程として実施されることが多く、これが生産現場におけるコストや時間の増加を招く一因となっていました。

同研究室ではこれらの課題を解決するため、最小限の構成で「作業」と「検査」を一体化させる手法を構築しました。

■力覚センサーレス制御と振動解析で「つかむ・測る・知る」を統合

イメージ

本技術「InSIGHT Grip」は、最小2つのモーターで駆動するコンパクトなロボットグリッパーによって構成されています。通常、物体を壊さずにつかむには高価な力覚センサーが必要ですが、この技術ではモーターの回転数と電流値から力を推定する独自技術（特願2025-135922で出願中）を活用しています。これにより、力覚センサーレスでありながら対象物を優しくつかむ制御と、微細な振動を与える加振制御を同時に行うことが可能となりました。

振動応答の解析結果

具体的には、物体をつかみながら特定の周波数で加振し、その応答を解析することで、2つの共振ピークを抽出します。第1ピーク付近の周波数帯では「物体全体の運動」、第2ピーク付近の周波数帯では「表面付近の運動」を反映していることに着目。この2つの差分を算出することで、内部の「機械インピーダンス(硬さ)」を導き出します。この原理を用いることで、メロンのように「表面は硬いが内部は熟して柔らかい」といった、外見や表面の接触だけでは判別が困難な内部状態を、つかんだ瞬間に把握できることを実機検証により確認しています。

■あらゆる産業を支える次世代の触覚インフラを目指して

この成果は、愛知県の「第20回わかしゃち奨励賞 応用研究部門」で優秀賞を受賞しました。

今後は、本技術の社会実装に向けて段階的に取り組みを進めていく方針です。まずは果実の熟度推定精度のさらなる向上を図り、その後、マニピュレータや無人搬送車(AGV)と連動した、選別と収穫を同時に行うシステムの実証を進めます。本技術は農業分野にとどまらず、工業用部材の劣化診断、医療、建設分野など、幅広い領域への展開が期待されます。最終的には、触覚情報から対象の状態を理解する能力を「触覚知(しょっかくち)」と定義し、これを産業界の共通基盤として確立することで、人手不足の解消や食品ロスの削減、インフラの安全維持に貢献する新たな技術基盤の構築を目指します。

■芝浦工業大学とは

工学部／システム理工学部／デザイン工学部／建築学部／大学院理工学研究科

https://www.shibaura-it.ac.jp/

理工系大学として日本屈指の学生海外派遣数を誇るグローバル教育と､多くの学生が参画する産学連携の研究活動が特長の大学です。東京都(豊洲)と埼玉県(大宮)に2つのキャンパス、4学部1研究科を有し、約1万人の学生と約300人の専任教員が所属。2024年には工学部が学科制から課程制に移行。2025年にデザイン工学部、2026年にはシステム理工学部で教育体制を再編し、新しい理工学教育のあり方を追求していきます。創立100周年を迎える2027年にはアジア工科系大学トップ10を目指し、教育･研究･社会貢献に取り組んでいます。