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June 1, 2012, Atlanta--ジョージア技術研究所(GTRI)は、最先端のイメージング技術とロボット切断アームで自動的にニワトリや他の家禽の骨を除去するプロトタイプシステムを開発した。
インテリジェント切断・除骨システムは3Dビジョンシステムを使って、鳥のどこを切ればよいかを決める。装置は生産量が最適になるように正確な自動動作をしながら、最終製品で骨の一部が残るというリスクも大幅に減らしている。
GTRIの食品処理技術チーフ、Gary McMurray氏は、「鳥はそれぞれサイズや形が違う。よって、個々の鳥に適合した自動除骨システムとするために必要なセンシングと動作機構を開発した。これは、鳥の方を機械に合わせるのではない」と説明している。
家禽はジョージア州の最大の農産物であり、州全体で年に、推定約200億ドルの経済規模を持つ。鶏肉産業の関連分野の売上最大化への貢献は、重要な配当となって返ってくる。この研究はGTRIの農業技術研究計画を通じてジョージア州から資金援助を受けている。
GTRI研究所エンジニア、MichaelMattews氏によると、インテリジェント切断・除骨システムでは、鳥は除骨に先立ちビジョンシステムの前に設置される。ビジョンシステムは鳥の外観の様々なポイントの3D計測を行う。このポイントをインプットすると特注のアルゴリズムで、骨や靱帯などの内部構造の位置を推定して適切な切断ポイントを決定する。
「統計的研究により、外観計測と鳥の内部構造との強い相関性が得られているので、理想的な切断パスが分かる。試作機では、全てがメモリ付基準座標系に登録され、これによってすべての切断形状に対応し、鳥と切断ロボットとを正確にアライメントできるようにしている。可能なあらゆる切断形状をテストすることで、より小型の簡素化された最終システムを設計できるようになる」とMatthews氏はコメントしている。
プロトタイプは、固定2Dフリー切断ロボットを使用して簡単な平面切断を行っている。鳥は6軸フリーロボットアームに設置され、鳥と切断ロボットとを所望の位置にアライメントする。ロボットアームが鳥をビジョンシステムの下に置き、切断ロボットに対して鳥を動かす。
同システムは、力フィードバックアルゴリズムを用い、肉から骨への移行を検出できる。この検出能力により、切断ナイフが一定の力を維持しながら骨の表面に沿って移動する。
靱帯は骨に繋がっているので、骨への接着を維持することでナイフは、骨に切り込むことなく肩関節周辺の全ての靱帯を切断できる。同様のアプローチが、肉を骨から切り離さなければならない鳥の他の部分にも適用できる。
力フィードバックアルゴリズムは、ナイフハンドルに取り付けた力センサを使用する。切断動作中、センサはロボットと骨との接触を直ちに検出できる。すると、骨に切り込む代わりに、システムは切断ツールを適切に骨を迂回させる。
「肉、腱、靱帯、骨はそれぞれ異なる材料特性をもっているのでその区別を認識し、力のしきい値を調整するにはファインチューニングが必要だ」とリサーチエンジニア、Ai-Ping Hu氏は説明している。
「骨なしの胸フィレ肉では骨のかけらは危険なので、この自動除骨技術は食品の安全性向上に貢献する。また、生産性向上にも貢献する。胸肉の1%の損失は、ジョージア州の20の家禽処理工場毎に250万ドルの損失となるからだ」とMcMurray氏はコメントしている。