圖1 Flexpicker機器人把不同種類的肉制品放入相應的包裝袋塑封機中
在飲料生產(chǎn)、食品生產(chǎn)和包裝工業(yè)領(lǐng)域中，越來越多地使用工業(yè)機器人。與傳統(tǒng)的專用機床相比較，機器人系統(tǒng)在產(chǎn)品轉(zhuǎn)換和產(chǎn)品形式轉(zhuǎn)換時具有更高的靈活性。肉食和香腸生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品包裝證明了這一點。
除了汽車制造領(lǐng)域，飲料和食品生產(chǎn)企業(yè)是加工和包裝機器人最大的用戶。在處理飲料、食品類產(chǎn)品的生產(chǎn)加工和包裝過程中，在這類產(chǎn)品包裝容器的衛(wèi)生清潔過程中，以及飲料食品的堆放、包裝和換包裝的過程中，工業(yè)機器人多種多樣的功能使其能夠完成許多特殊的任務，包括產(chǎn)品的分選、分類和質(zhì)量監(jiān)控。而滿足這些不同應用的前提條件則是傳感器、可視化監(jiān)控系統(tǒng)、機械手以及性能強大的控制軟件和應用軟件的研發(fā)。
與傳統(tǒng)的專用機床設(shè)備相比較，機器人系統(tǒng)在產(chǎn)品和產(chǎn)品形式發(fā)生變化時，始終在產(chǎn)品的生產(chǎn)調(diào)整過程中具有更好的靈活性。據(jù)ABB公司介紹，在有計劃、合理的維護保養(yǎng)情況下，機器人系統(tǒng)的MTBF（平均無故障工作時間）高達80000h。
按照企業(yè)年工作日220天、每天24h工作計算，相當于機器人系統(tǒng)能夠連續(xù)無故障工作15年。同時，工業(yè)機器人也保證了生產(chǎn)設(shè)備最高的生產(chǎn)安全可靠性。在食品和飲料生產(chǎn)企業(yè)中，衛(wèi)生、清潔是使用工業(yè)機器人重要的原因之一：在食品、飲料的生產(chǎn)過程中，使用機器人大大降低了人工操作時交叉污染的可能性。
機器人控制的設(shè)備完成肉制品分揀
位于Versmold市的Heinrich N?lke公司安裝使用了De Man工業(yè)自動化公司生產(chǎn)的機器人控制的塑封包裝線。它成功地完成了原來費時費力的香腸和肉制品的人工分選、塑封和裝箱包裝、二次包裝等工作。機器人解決方案以其明顯的節(jié)約生產(chǎn)成本、很高的生產(chǎn)能力和分選能力征服了公司的領(lǐng)導人，從而也保證了生產(chǎn)廠能夠迅速對市場變化作出反應。
圖2 所有的設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)過程都可以用易于操作使用的觸摸屏進行查閱和控制
原來香腸和肉制品生產(chǎn)最后階段的瓶頸問題是人工配貨：按照市場的變化快速的分選不同的肉類產(chǎn)品。在前一道工序中，生產(chǎn)工人應生產(chǎn)出新鮮的肉類食品；手工將塑料薄膜中封裝好的香腸或者肉制品放入E2標準容器中（歐洲標準規(guī)定的尺寸規(guī)格為400mm×600mm×200mm、可用標準托板運輸?shù)娜忸悓Ｓ萌萜鳎?。根?jù)香腸的種類不同，在E2標準容器傳送到配貨工位之前，一個E2標準容器中可以擺放多層香腸；在配貨工位上，生產(chǎn)工人按照用戶訂單從E2標準容器中一層層地取出香腸，用塑料袋封好。
帶識別系統(tǒng)的機器人能夠識別錯放物品
生產(chǎn)負責人知道生產(chǎn)技術(shù)中的瓶頸在哪里。他們的解決方案是：采用De Man公司生產(chǎn)的食品袋自動塑封包裝線。這一塑封生產(chǎn)線由多條輸送帶、一臺ABB公司生產(chǎn)的帶有圖像處理系統(tǒng)的機器人和一臺塑封機組成。生產(chǎn)線中的升降機把放有香腸、肉制品的標準容器，有時甚至是雜亂盛放著肉類產(chǎn)品的標準容器從一層輸送帶運送到上層輸送帶上。真空吸取的機械手把標準容器中一層層的肉制品取出，分放在平行運行的輸送帶上。
由于這些肉制品是無序的、無規(guī)律的送達輸送帶的，因此在下一道包裝之前應準確的分類。這一分類、分選任務就由帶有攝像監(jiān)控系統(tǒng)的IRB 340 Flexpicker機器人來承擔（圖1）。機器人的識別系統(tǒng)能夠識別肉制品的位置、層次和方向，并把監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出機器人所需的運動軌跡。這樣，機器人就可以有目的地提取某一層次中的香腸或者肉制品，分類放入相應的包裝袋塑封設(shè)備中（圖1）。所有的設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)過程都可以用易于操作使用的觸摸屏進行查閱和控制（圖2）。N?lke公司所使用的機器人控制封裝設(shè)備成功完成了不同肉制品包裝時的分類、分選任務，每小時的分選、塑封能力達420袋。
圖3 機器人可以在狹小生產(chǎn)空間里快速和高重復精度的按照固定重量進行分揀
瑞士M?lndal市的Robotgrader公司研發(fā)生產(chǎn)的IRB 360 Flexpicker系列機器人在其工作間里按照固定的重量包裝肉類食品。固定重量的包裝簡化了食品批發(fā)和零售的計劃安排，以及倉庫保存和銷售的工作量。對于食品生產(chǎn)廠來講，這就意味著給他們的銷售伙伴提供了更多的優(yōu)惠：既可避免缺斤短兩，又可避免以過高的價格銷售給零售商或者最終消費者。
機器人保證固定重量的包裝
例如，四塊一組的聯(lián)體塑封包裝的牛排或者重量始終準確的600g包裝里脊肉等，都屬于固定重量包裝的范疇。為此，在稱重工序中就要稱量出不同重量等級的肉制品，以滿足不同固定重量肉制品包裝的要求。
在這一生產(chǎn)過程中，使用了Robotgrader公司的機器人。這一機器人只需一名或者兩名工人對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控即可。根據(jù)對機器人生產(chǎn)能力的不同要求，Robotgrader公司生產(chǎn)的機器人稱重線可由一臺或者兩臺Deltaroboter組成。相應地，由Robotgrader機器人組成的稱重生產(chǎn)線也稱之為100、200或者300機器人稱重線；這里的100、200和300表示的是每分鐘處理的肉或者魚的塊數(shù)，即100塊肉或者100塊魚（每塊180g）。
圖4 圖像控制的Deltaroboter機器人保證了快速、準確的產(chǎn)品取放
每一塊進入機器人工作間或者從機器人工作間出來的肉塊、魚塊都是由輸送帶輸送的。其中，向機器人工作間供料的輸送帶為中部的一條或者兩條輸送帶。肉制品輸送帶的兩側(cè)各有三條平行的、可由機器人程序控制的托板和周轉(zhuǎn)箱輸送帶。為此，Robotgrader公司專門開發(fā)了高效的肉制品分揀算法語言。
稱好重量的肉塊停放在機器人工作間的入口處，并把稱量數(shù)據(jù)傳輸給機器人分選系統(tǒng)。機器人可以在狹小生產(chǎn)空間里快速和高重復精度的按照固定重量進行分揀（圖3）。在正常大批量生產(chǎn)的條件下，95%的稱重誤差都在±2g的標準偏差之內(nèi)。帶式稱量裝置之后，基于標準光電原理的光學探測器對輸入傳送帶上肉類制品的位置、層次和方向進行測定。
另外，檢測評判程序還連續(xù)地對兩側(cè)各三條輸送帶上的托板和周轉(zhuǎn)箱進行監(jiān)測。每一條輸送帶都可以按照單獨的節(jié)拍運行。Deltaroboter機器人從輸入傳送帶上取下裝有肉制品的周轉(zhuǎn)箱，首先放到空托板上。分選程序知道每一個輸送來的周轉(zhuǎn)箱中肉制品的位置和重量，也知道每一個托板上肉制品的類別和重量，包括托板上肉制品的累計重量，保證了快速、可靠的產(chǎn)品取放（圖4）。
這種準確的固定重量標準的秘密在于機器人控制系統(tǒng)所使用的分揀算法語言——準確地說是組合學分析語言。由于減少了生產(chǎn)操作人員所產(chǎn)生的費用，使得這一機器人系統(tǒng)的投資回報率（ROI）不到一年。
