先进的3D可视工具正在拓展食品饮料加工行业自动化机器人的功能。它们正在改变投资回报期的计算方式。







机器人系统面临的主要挑战之一，是机械臂末端（EOA）工具必须能够像人类的手一样灵巧温柔的处理产品。

判断自动化项目的效果，硬性数字总是比柔性优势更有说服力。但很多柔性的回报正在变得越来越具有吸引力，尤其是对重视食品安全需求和劳动力问题的企业。

柔性优势无法用直白的数字计算呈现，除非自动化能够合理地复制人体动作。这是机器人系统面临的主要挑战之一，特别是当它们被应用在包装和加工应用领域的更上游。机械臂末端（EOA）工具必须能够像人类的手一样灵巧温柔的处理产品。

制造这类工具通常会采用真空，但加州Taylor农场正在试点的一个项目则在探索其它办法。Soft Robotics的一项EOA早期项目正在尝试抓取机器人是否能够高效的装配色拉，运输极易破损的葡萄等农产品。

Soft机器人公司CEO Carl Vause介绍说，根据硬度要求，工具的夹持器充气至1-13psi，每秒钟可通过四个通胀/ 通缩周期。夹持器采用的是外科手术级Delrin树脂，设计灵感来自章鱼的触须，可有效载荷200g ／7盎司至2公斤/4.4 磅的产品。夹持器可通过13磅的负载测试。该技术由哈佛大学的研究化学家授权。

Vause相信，烘焙、禽肉和农产品是机器人最具发展前途的领域。机器人选用的材料体现了对卫生设计的重视。柔性机器人有望获取由3A 开发的全新机器人卫生标准。这一标准为机器人在乳品和其它卫生要求较高的应用领域的发展开拓了道路。

谈到机器人手臂，工具拥有无限可能性。Henzen制造公司整合了数台Yasakawa Motoman七轴铰接臂机器人，而JLS自动化公司在Taylor 农场测试ABB 的柔性采摘机器人Flex-Pickers。“这已经不是一个项目，而是一种人们已经在投入使用的产品。”Vause 说。

作为用户使用体验，Taylor农场负责人Alan Applonie将这项测试总结为“职业生涯中最激动人心的项目”，主要优势在于降低工程伤害，提高产品放置的精确度。大多数产品的生命周期短，这是自动化项目投资回报率很难令人信服的主要原因，他指出。EOA工具的适应性提高了产品放置失败后重新调整的成功率。

抓取，检查和放置

虽然Taylor农场希望收获一些自动化投入方面的柔性优势，但投资回报已经非常明显：那就是系统成本。Delta机器人的大多数专利已经到期，导致价格暴跌。据一些系统集成商透露，超过50家Delta机器人的OEM开始制造这些抓取手臂，价格降低了一半。

新供应商向制造商提供的价格甚至更低。附加的优势也更多，例如多轴运动，更远的触及范围，更重的有效载荷。Delta的手臂最重能处理90公斤（198磅）的重量。

更高的投资回报率还体现在增强功能上。3D可视功能将赋予设备质量控制的能力。JLS自动化公司总裁Craig Souser表示，除了导引抓取手臂，二维相机帮助过滤各种缺陷产品。然而3D代表着“能力的一个新维度”，借助3D 功能，自动化系统可以发现能量棒中的空隙或者熟肉片的堆叠高度。

有了更快的算法和更先进的成像系统，产品检查不需要减慢机器人的运行速度。JLS集成了一套康耐视In-Sight相机，配备专用处理器。“为计算提供了充足的带宽。”Souser 说。他指出，相机还能执行跟踪和引导工作，以及常规2D相机所具备的所有功能。

自动化流程中卫生设计是食品加工商的首要考虑因素。Souser并不认为目前这一代机器人达到了工业卫生标准。下游的工艺要求并不高，尤其是机器人正在进入的堆垛等二次包装工作领域。

MGS设备公司总裁兼首席执行官Richard Barr将Fanuc的一台机器人并入堆垛系统中。堆垛机可以处理77磅的有效载荷，运行无需围栏，占地面积节省了一半，Barr介绍说。

药品和医疗设备制造商是MGS公司的主要市场。协同堆垛系统并不具备冲洗功能，但设计满足了生命科学GMP的要求，清洁度高，没有卫生死角。据Barr预计，这种设备将在食品饮料厂获得用武之地，食品饮料行业对速度的要求并不高，但由于空间有限，一般都无法使用传统的堆垛机器人。







在食品行业中， 机器人的应用正 在变得越来越具 有吸引力，尤其 是对重视食品安 全需求和劳动力 问题的企业。

他的堆垛系统每分钟可处理六箱产品。与所有协作机器人一样，速度是设计时确保安全后考虑的一个因素。ISO为协作机器人创建了四种类型的安全设备：速度和单独监控，力度和功率监测，手引导，以及安全额定停机。

机器的速度和有效载荷决定了所需的监测水平，以及操作人员干预的程度，Barr指出。如果托盘喂料和卸料采用手动完成，风险评估可能会得出这样的结论：需要配备一个安全区的扫描仪，在必要时减缓和停止手臂运行。

堆垛机手臂包裹着柔软的泡沫，更像人靠着一个缓冲用的靠垫。这种绿色泡沫与Fanuc的黄色机器人手臂有着明显视觉差别，非常安全。

“每一个Fanuc机器人都可以成为协作机器人。”Greg Buel强调，Fanuc美国公司协作机器人产品经理表示。不同之处是在安全系统面板、人机交互的程度、认证集成商的安全评估，以及颜色编码上。

旧机器人 新应用

旧机器人的再次使用往往通过重新搭建或采购一个量身定做的EOA工具，专门针对全新的生产任务。有些产品被淘汰后，生产商必须与系统集成商和工具供应商建立紧密协作。SAS自动化公司最新开发的一款手机app，有助于推动这些合作。

SAS在全球三大洲设有生产基地，可提供交钥匙解决方案，为生产商和设备供应商储存2,000个装配零件。如果工具所需的零件没有库存，SAS提供3D打印。

SAS总裁Trent Fisher表示，涉及到食品处理，真空往往是解决方案，“比如从烤盘上取出豆腐蛋糕，这种食品就像奶酪凝乳一样。”他谈到。在处理蛋糕时，很大一部分挑战是防止多余的液体被吸入真空系统。

全新手机应用程序可以加快EOA工具的交货时间，这是第一次将智能制造引入机器人工具领域的伟大尝试。“在这一领域，人们谈论工业互联网和制造业4.0时总会问，‘这对我意味着什么？’”Fisher提出。他的愿景是将工具设计和零部件采购变成一项基于“云”的工作。

制造商将项目规格上传到云上，SAS的工程师将在“云端”与制造商展开合作，并得出解决方案。他设想在工具上安装内置传感器，一旦发现故障可以上传警报，并直接传输到客户手机上。

Fisher指出：“新入行的年轻人是一直使用智能手机长大的。现在的手机应用程序能实现更多工具的功能。”

Blueprint自动化公司的工具通常利用真空接触食品。这家公司曾创建一个“倒着的龙卷风”工具包装蛋糕和馅饼，每分钟能完成100箱，公司市场部经理Robbie Quinlan说。这一工具的吸力比吸盘更小，基本上等于创建了一个空洞，让产品在运输过程中短暂停留。

作为基础解决方案的真空技术有助于拓展机器人在食品处理领域的应用。然而JLS的Souser也承认，Taylor Farms农场的系统必须借助柔性机器人的触角才能成功。真空并不是机器的一个因素，它也起到检查作用。他说，“我们正在开发一个项目，机器人在包装培根的同时会感知包装是否存在渗漏。在一些应用中，如果不具备检查功能，机器人将无法完全取代劳动力。”

有些产品配方严格禁止手工接触，那么回报率的计算对于自动化而言变得无关紧要。JLS与OEM合作伙伴罗伯特公司合作，设计了一款为玉米粉圆饼真空包装机配合的喂料机器人。当时这个需求由一家烘焙坊提出，那时他们开发了一款不添加酶和防腐剂的玉米粉圆饼，厂家希望避免由于手工接触而造成的交叉污染风险。

“我们正在帮助提高食品的安全，改善人民的生活。”Souser说，“当我们调试这台玉米饼设备时，工人们因为我们帮助他们避免了繁琐和容易受伤的工作而表示感谢，加入进来的人也越来越多。”

工人的感激之情不会出现在资产负债表上。产品召回风险也没有降低。但很多柔性效益显而易见，功能得到了拓展，零部件的价格更实惠，机器人自动化的投资回报率变得越来越令人满意。