論文の概要: A Flexible Funnel-Shaped Robotic Hand with an Integrated Single-Sheet Valve for Milligram-Scale Powder Handling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.07091v1
• Date: Mon, 08 Dec 2025 01:57:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:40.193603
• Title: A Flexible Funnel-Shaped Robotic Hand with an Integrated Single-Sheet Valve for Milligram-Scale Powder Handling
• Title（参考訳）: ミリグラム規模の粉体処理用一体型単層弁を用いたフレキシブルファンネル形状ロボットハンド
• Authors: Tomoya Takahashi, Yusaku Nakajima, Cristian Camilo Beltran-Hernandez, Yuki Kuroda, Kazutoshi Tanaka, Masashi Hamaya, Kanta Ono, Yoshitaka Ushiku,
• Abstract要約: 実験室自動化(LA)は、人間の介入なしに連続的なロボット操作を可能にすることによって、固体物質の発見を加速する可能性がある。 本研究は, ソフトネスと円錐状シートデザインを先行して保持する, ファンネル形状のフレキシブルロボットハンドを提案する。 粉体フローモデルとオンラインパラメータ識別に基づいて、フィードバック制御システムを介して外部バランスと統合する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.970895615472083
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Laboratory Automation (LA) has the potential to accelerate solid-state materials discovery by enabling continuous robotic operation without human intervention. While robotic systems have been developed for tasks such as powder grinding and X-ray diffraction (XRD) analysis, fully automating powder handling at the milligram scale remains a significant challenge due to the complex flow dynamics of powders and the diversity of laboratory tasks. To address this challenge, this study proposes a novel, funnel-shaped, flexible robotic hand that preserves the softness and conical sheet designs in prior work while incorporating a controllable valve at the cone apex to enable precise, incremental dispensing of milligram-scale powder quantities. The hand is integrated with an external balance through a feedback control system based on a model of powder flow and online parameter identification. Experimental evaluations with glass beads, monosodium glutamate, and titanium dioxide demonstrated that 80% of the trials achieved an error within 2 mg, and the maximum error observed was approximately 20 mg across a target range of 20 mg to 3 g. In addition, by incorporating flow prediction models commonly used for hoppers and performing online parameter identification, the system is able to adapt to variations in powder dynamics. Compared to direct PID control, the proposed model-based control significantly improved both accuracy and convergence speed. These results highlight the potential of the proposed system to enable efficient and flexible powder weighing, with scalability toward larger quantities and applicability to a broad range of laboratory automation tasks.
• Abstract（参考訳）: 実験室自動化(LA)は、人間の介入なしに連続的なロボット操作を可能にすることによって、固体物質の発見を加速する可能性がある。 粉体研削やX線回折(XRD)解析などのタスクのためにロボットシステムが開発されたが、粉体の複雑な流れのダイナミクスや実験室のタスクの多様性のために、ミリグラムスケールでの粉体処理を完全に自動化することは大きな課題である。 本研究は, 円錐頂点に制御可能な弁を組み込んで, ミリグラムスケールの粉体量を正確に, 漸進的に除去しながら, ソフトネスと円錐形状のシートデザインを事前作業で保持する, 新規でファンネル形状の柔軟なロボットハンドを提案する。 粉体フローモデルとオンラインパラメータ識別に基づいて、フィードバック制御システムを介して外部バランスと統合する。 ガラスビーズ, グルタミン酸モノナトリウム, 二酸化チタンを用いた実験により, 試験の80%が2mg以内の誤差を示し, 最大誤差は20mgから3gの範囲で約20mgであった。 さらに, ホッパーによく用いられる流れ予測モデルを導入し, オンラインパラメータ識別を行うことで, 粉体力学の変動に適応することができる。 直接PID制御と比較して、モデルベース制御は精度と収束速度の両方を大幅に改善した。 これらの結果から, より高効率で柔軟な粉体重み付けを実現するシステムの可能性を明らかにするとともに, 幅広い実験室自動化タスクに適用可能な拡張性を示した。

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