基于高速并連機(jī)械手的食品加工行業(yè)升級研究

陳秋強(qiáng)

由于食品加工行業(yè)的生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜、產(chǎn)品非標(biāo)準(zhǔn)化程度較高、過程控制難度大、產(chǎn)品品類較為豐富等特點(diǎn)，智能機(jī)械設(shè)備在該行業(yè)的應(yīng)用一直處在一個較為艱難的階段，表現(xiàn)在使用頻率較低，柔性化程度較低，成本較高，因此本文從食品加工行業(yè)的特點(diǎn)入手，探討了在食品加工行業(yè)上使用柔性化的高速并連機(jī)械手的可行性，并為食品加工產(chǎn)業(yè)的機(jī)械設(shè)備自動化與智能化升級提供相應(yīng)的建議。

在工業(yè)制作領(lǐng)域，伴隨著ABB、庫卡等智能機(jī)械設(shè)備廠商的崛起，同時依賴于ethercat等通用通信協(xié)議的不斷改進(jìn)，使用高速柔性化自動機(jī)械進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)線的改造已經(jīng)有了很多成功的案例。

對于食品加工行業(yè)來說，蛋糕、飼料、菌菇罐頭等加工行業(yè)具有生產(chǎn)工藝復(fù)雜，產(chǎn)品非標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，尺寸不一，過程控制難度較大的特點(diǎn)，并且這類行業(yè)的對象產(chǎn)品種類豐富，難以像汽車零部件加工等工業(yè)品一樣以標(biāo)準(zhǔn)的尺寸去衡量其規(guī)格，因此在加工過程自動化和智能化上面對的挑戰(zhàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他行業(yè)。

為此，本文從食品加工行業(yè)中對于人工成本的消耗較高的分揀和包裝環(huán)節(jié)出發(fā)，提出可以使用高速并連機(jī)械手來改進(jìn)該行業(yè)生產(chǎn)過程的基本方法。

高速并聯(lián)機(jī)械手及其用途

高速并聯(lián)機(jī)械手也稱為Delta并聯(lián)機(jī)械人，是一種是能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。該類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)具有高速穩(wěn)定、抓取位置精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于各類產(chǎn)品線的自動揀配工序上。

現(xiàn)代技術(shù)改進(jìn)后的Delta機(jī)械手，以龍海鉑格自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的結(jié)合視覺和智能運(yùn)動控制算法的告訴并聯(lián)機(jī)械手為例，其上臂采用碳纖維復(fù)合材料及內(nèi)預(yù)埋鋁合金固定法蘭及球頭螺栓安裝孔，有效提高了上臂的機(jī)械強(qiáng)度，降低了上臂整體重量，保證并聯(lián)機(jī)器人動作高速響應(yīng)。同時該類機(jī)械通過X86實(shí)現(xiàn)機(jī)器人正逆解及軌跡規(guī)劃，相對傳統(tǒng)PLC+運(yùn)動控制卡+伺服系統(tǒng)架構(gòu)，省去運(yùn)動控制卡，降低設(shè)備成本，提高設(shè)備硬件穩(wěn)定性。最后集成了視覺反饋，可以進(jìn)行產(chǎn)線物件的智能識別。

這類高速并聯(lián)機(jī)械手可以有效地使用在各類需要進(jìn)行分揀和包裝的產(chǎn)品線上，例如物流快遞分揀、倉儲物資包裝和食品內(nèi)外包裝上。

高速并聯(lián)機(jī)械手在食品加工行業(yè)的應(yīng)用

基于高速并聯(lián)機(jī)械手的工作模式和特點(diǎn)，本文認(rèn)為在食品加工行業(yè)上，其主要應(yīng)用領(lǐng)域可以包括：

食品加工產(chǎn)線的高速分揀。高速并聯(lián)機(jī)械手可以使用在食品行業(yè)中，不同的加工工序上，產(chǎn)品在不同產(chǎn)線上的高速轉(zhuǎn)移和精確放置。在食品加工過程中，經(jīng)常性存在需要將不同部件進(jìn)行精確地移動和拼合的現(xiàn)象，例如瑪奇朵的正反面粘合奶油澆注工序，這些以往都需要人工或是專門設(shè)計(jì)的過程機(jī)械設(shè)備來完成操作，柔性化低并且成本較高，因此引入高速并聯(lián)機(jī)械手是一種合理經(jīng)濟(jì)的選擇。

食品內(nèi)包裝無菌揀選包裝。在食品加工行業(yè)中，將制作完的產(chǎn)品放入內(nèi)包裝中進(jìn)行充氮塑封操作是保證產(chǎn)品無菌，延長產(chǎn)品保質(zhì)期的必要操作，而傳統(tǒng)行業(yè)中該部分只能結(jié)合人工進(jìn)行處理，無法做到完全無菌的條件。借助高速并連機(jī)械手，企業(yè)可以直接將最終的內(nèi)包裝工序使用高速機(jī)械揀選來完成，節(jié)省了人工同時可以提高整個車間的無菌化程度。

食品外包裝高速揀配裝箱。當(dāng)食品完成生產(chǎn)包裝后，往往需要將其整齊碼箱放入外包裝箱中，該部分工作雖然技術(shù)含量不高，但是整體工作負(fù)荷大，企業(yè)往往在該環(huán)節(jié)消耗大量的人工成本，因此使用高速并連機(jī)械手來完成該過程將是十分可靠和有效的。

基于高速并聯(lián)機(jī)械手的食品加工行業(yè)升級建議

為了提高行業(yè)的整體生產(chǎn)效率和柔性程度，本文認(rèn)為我國食品加工行業(yè)可以分步借助高速并聯(lián)機(jī)械手這類機(jī)構(gòu)進(jìn)行逐步的升級。

首先可以先從食品的無菌揀選包裝入手，例如參考龍海鉑格的并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)，在球形關(guān)節(jié)采用聚四氟乙烯摩擦片進(jìn)行潤滑，相對傳統(tǒng)的銅合金潤滑方案，無需添加潤滑油脂，保證食品制造過程中有毒乃至微毒物質(zhì)的泄露，從而完成對食品加工產(chǎn)品內(nèi)包裝的無菌生產(chǎn)改進(jìn)。

其次，食品加工企業(yè)可以在人工成本評估可行的情況下，采用低配版本的高速并聯(lián)機(jī)械手來完成對食品加工完成的產(chǎn)品進(jìn)行自動外包裝箱，從而節(jié)省該部分人工費(fèi)用。在該環(huán)節(jié)，如果還涉及產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)，則可以搭配一定的視覺檢驗(yàn)設(shè)備作為輔助。

最后，當(dāng)食品加工企業(yè)的智能化到達(dá)一定階段后，企業(yè)可以考慮使用全套的加工產(chǎn)線改造方案，大批量地使用并聯(lián)機(jī)械手來改善整體的操作效率。endprint