基于高速并連機械手的食品加工行業升級研究

陳秋強

由于食品加工行業的生產工藝較為復雜、產品非標準化程度較高、過程控制難度大、產品品類較為豐富等特點，智能機械設備在該行業的應用一直處在一個較為艱難的階段，表現在使用頻率較低，柔性化程度較低，成本較高，因此本文從食品加工行業的特點入手，探討了在食品加工行業上使用柔性化的高速并連機械手的可行性，并為食品加工產業的機械設備自動化與智能化升級提供相應的建議。

在工業制作領域，伴隨著ABB、庫卡等智能機械設備廠商的崛起，同時依賴于ethercat等通用通信協議的不斷改進，使用高速柔性化自動機械進行工業產線的改造已經有了很多成功的案例。

對于食品加工行業來說，蛋糕、飼料、菌菇罐頭等加工行業具有生產工藝復雜，產品非標準化程度較高，尺寸不一，過程控制難度較大的特點，并且這類行業的對象產品種類豐富，難以像汽車零部件加工等工業品一樣以標準的尺寸去衡量其規格，因此在加工過程自動化和智能化上面對的挑戰遠遠高于其他行業。

為此，本文從食品加工行業中對于人工成本的消耗較高的分揀和包裝環節出發，提出可以使用高速并連機械手來改進該行業生產過程的基本方法。

高速并聯機械手及其用途

高速并聯機械手也稱為Delta并聯機械人，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、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。該類型的機械結構具有高速穩定、抓取位置精準等優點，適合應用于各類產品線的自動揀配工序上。

現代技術改進后的Delta機械手，以龍海鉑格自動化設備有限公司生產的結合視覺和智能運動控制算法的告訴并聯機械手為例，其上臂采用碳纖維復合材料及內預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械強度，降低了上臂整體重量，保證并聯機器人動作高速響應。同時該類機械通過X86實現機器人正逆解及軌跡規劃，相對傳統PLC+運動控制卡+伺服系統架構，省去運動控制卡，降低設備成本，提高設備硬件穩定性。最后集成了視覺反饋，可以進行產線物件的智能識別。

這類高速并聯機械手可以有效地使用在各類需要進行分揀和包裝的產品線上，例如物流快遞分揀、倉儲物資包裝和食品內外包裝上。

高速并聯機械手在食品加工行業的應用

基于高速并聯機械手的工作模式和特點，本文認為在食品加工行業上，其主要應用領域可以包括：

食品加工產線的高速分揀。高速并聯機械手可以使用在食品行業中，不同的加工工序上，產品在不同產線上的高速轉移和精確放置。在食品加工過程中，經常性存在需要將不同部件進行精確地移動和拼合的現象，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計的過程機械設備來完成操作，柔性化低并且成本較高，因此引入高速并聯機械手是一種合理經濟的選擇。

食品內包裝無菌揀選包裝。在食品加工行業中，將制作完的產品放入內包裝中進行充氮塑封操作是保證產品無菌，延長產品保質期的必要操作，而傳統行業中該部分只能結合人工進行處理，無法做到完全無菌的條件。借助高速并連機械手，企業可以直接將最終的內包裝工序使用高速機械揀選來完成，節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。當食品完成生產包裝后，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含量不高，但是整體工作負荷大，企業往往在該環節消耗大量的人工成本，因此使用高速并連機械手來完成該過程將是十分可靠和有效的。

基于高速并聯機械手的食品加工行業升級建議

為了提高行業的整體生產效率和柔性程度，本文認為我國食品加工行業可以分步借助高速并聯機械手這類機構進行逐步的升級。

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機器人設計，在球形關節采用聚四氟乙烯摩擦片進行潤滑，相對傳統的銅合金潤滑方案，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的泄露，從而完成對食品加工產品內包裝的無菌生產改進。

其次，食品加工企業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機械手來完成對食品加工完成的產品進行自動外包裝箱，從而節省該部分人工費用。在該環節，如果還涉及產品的質量檢驗，則可以搭配一定的視覺檢驗設備作為輔助。

最后，當食品加工企業的智能化到達一定階段后，企業可以考慮使用全套的加工產線改造方案，大批量地使用并聯機械手來改善整體的操作效率。endprint