基于高速并连机械手的食品加工行业升级研究

　　由于食品加工行业的生产工艺较为复杂、产品非标准化程度较高、过程控制难度大、产品品类较为丰富等特点，智能机械设备在该行业的应用一直处在一个较为艰难的阶段，表现在使用频率较低，柔性化程度较低，成本较高，因此本文从食品加工行业的特点入手，探讨了在食品加工行业上使用柔性化的高速并连机械手的可行性，并为食品加工产业的机械设备自动化与智能化升级提供相应的建议。

　　在工业制作领域，伴随着ABB、库卡等智能机械设备厂商的崛起，同时依赖于ethercat等通用通信协议的不断改进，使用高速柔性化自动机械进行工业产线的改造已经有了很多成功的案例。

　　对于食品加工行业来说，蛋糕、饲料、菌菇罐头等加工行业具有生产工艺复杂，产品非标准化程度较高，尺寸不一，过程控制难度较大的特点，并且这类行业的对象产品种类丰富，难以像汽车零部件加工等工业品一样以标准的尺寸去衡量其规格，因此在加工过程自动化和智能化上面对的挑战远远高于其他行业。

　　为此，本文从食品加工行业中对于人工成本的消耗较高的分拣和包装环节出发，提出可以使用高速并连机械手来改进该行业生产过程的基本方法。

　　高速并联机械手及其用途

　　高速并联机械手也称为Delta并联机械人，是一种是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。该类型的机械结构具有高速稳定、抓取位置精准等优点，适合应用于各类产品线的自动拣配工序上。

　　现代技术改进后的Delta机械手，以龙海铂格自动化设备有限公司生产的结合视觉和智能运动控制算法的告诉并联机械手为例，其上臂采用碳纤维复合材料及内预埋铝合金固定法兰及球头螺栓安装孔，有效提高了上臂的机械强度，降低了上臂整体重量，保证并联机器人动作高速响应。同时该类机械通过X86实现机器人正逆解及轨迹规划，相对传统PLC+运动控制卡+伺服系统架构，省去运动控制卡，降低设备成本，提高设备硬件稳定性。最后集成了视觉反馈，可以进行产线物件的智能识别。

　　这类高速并联机械手可以有效地使用在各类需要进行分拣和包装的产品线上，例如物流快递分拣、仓储物资包装和食品内外包装上。

　　高速并联机械手在食品加工行业的应用

　　基于高速并联机械手的工作模式和特点，本文认为在食品加工行业上，其主要应用领域可以包括：

　　食品加工产线的高速分拣。高速并联机械手可以使用在食品行业中，不同的加工工序上，产品在不同产线上的高速转移和精确放置。在食品加工过程中，经常性存在需要将不同部件进行精确地移动和拼合的现象，例如玛奇朵的正反面粘合奶油浇注工序，这些以往都需要人工或是专门设计的过程机械设备来完成操作，柔性化低并且成本较高，因此引入高速并联机械手是一种合理经济的选择。

　　食品内包装无菌拣选包装。在食品加工行业中，将制作完的产品放入内包装中进行充氮塑封操作是保证产品无菌，延长产品保质期的必要操作，而传统行业中该部分只能结合人工进行处理，无法做到完全无菌的条件。借助高速并连机械手，企业可以直接将最终的内包装工序使用高速机械拣选来完成，节省了人工同时可以提高整个车间的无菌化程度。

　　食品外包装高速拣配装箱。当食品完成生产包装后，往往需要将其整齐码箱放入外包装箱中，该部分工作虽然技术含量不高，但是整體工作负荷大，企业往往在该环节消耗大量的人工成本，因此使用高速并连机械手来完成该过程将是十分可靠和有效的。

　　基于高速并联机械手的食品加工行业升级建议

　　为了提高行业的整体生产效率和柔性程度，本文认为我国食品加工行业可以分步借助高速并联机械手这类机构进行逐步的升级。

　　首先可以先从食品的无菌拣选包装入手，例如参考龙海铂格的并联机器人设计，在球形关节采用聚四氟乙烯摩擦片进行润滑，相对传统的铜合金润滑方案，无需添加润滑油脂，保证食品制造过程中有毒乃至微毒物质的泄露，从而完成对食品加工产品内包装的无菌生产改进。

　　其次，食品加工企业可以在人工成本评估可行的情况下，采用低配版本的高速并联机械手来完成对食品加工完成的产品进行自动外包装箱，从而节省该部分人工费用。在该环节，如果还涉及产品的质量检验，则可以搭配一定的视觉检验设备作为辅助。

　　最后，当食品加工企业的智能化到达一定阶段后，企业可以考虑使用全套的加工产线改造方案，大批量地使用并联机械手来改善整体的操作效率。

　　作者：陈秋强