Safely and Autonomously Cutting Meat with a Collaborative Robot Arm

要約

米国における労働力不足は、食肉加工部門を含む多くの産業に影響を与えている。
人間と協力しながら生産能力を向上させるコラボレーションテクノロジーは、自動化を強化し、仕事の質を向上させることで業界をサポートする可能性があります。
しかし、食肉産業で使用されている既存の自動化テクノロジーはコラボレーションの可能性が限られており、柔軟性が低く、コストが高くなります。
この研究の目的は、人間と協力して作業し、食肉加工施設で実行されるタスクを完了するためのロボット アームの使用を検討することでした。
この目的に向けて、私たちは肉加工タスクの例を実行するロボット アームの能力を調査しながら、人間の安全を確保するための概念実証アプローチを実証しました。
人間の安全をサポートするために、私たちは共同スペース内で切断器具が肉に接触したことを検出するナイフ計装システムを開発しました。
さまざまな基本的な食肉処理タスクを柔軟に実行するシステムの機能を実証するために、豚ロース肉のスライス、トリミング、角切りを実行するためのビジョンおよび制御プロトコルを開発しました。
また、米国の食肉加工業界の専門家からこの行為に対する主観的な評価も収集しました。
専門家は平均してロボットの性能が適切であると評価した。
さらに、専門家は一般に、自律的に完了する切断よりも人間の作業者と協力して実行される切断を好み、人間の作業者に代わるのではなく支援するロボット技術の利点を強調しました。
私たちが提案するフレームワークのビデオデモンストレーションは、こちらからご覧いただけます: https://youtu.be/56mdHjjYMVc

要約(オリジナル)

Labor shortages in the United States are impacting a number of industries including the meat processing sector. Collaborative technologies that work alongside humans while increasing production abilities may support the industry by enhancing automation and improving job quality. However, existing automation technologies used in the meat industry have limited collaboration potential, low flexibility, and high cost. The objective of this work was to explore the use of a robot arm to collaboratively work alongside a human and complete tasks performed in a meat processing facility. Toward this objective, we demonstrated proof-of-concept approaches to ensure human safety while exploring the capacity of the robot arm to perform example meat processing tasks. In support of human safety, we developed a knife instrumentation system to detect when the cutting implement comes into contact with meat within the collaborative space. To demonstrate the capability of the system to flexibly conduct a variety of basic meat processing tasks, we developed vision and control protocols to execute slicing, trimming, and cubing of pork loins. We also collected a subjective evaluation of the actions from experts within the U.S. meat processing industry. On average the experts rated the robot’s performance as adequate. Moreover, the experts generally preferred the cuts performed in collaboration with a human worker to cuts completed autonomously, highlighting the benefits of robotic technologies that assist human workers rather than replace them. Video demonstrations of our proposed framework can be found here: https://youtu.be/56mdHjjYMVc

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