先進的工具和視覺監測：開拓機器人新功能

機器人系統面臨的主要挑戰之一，是機械臂末端（EOA）工具必須能夠像人類的手一樣靈巧溫柔的處理產品。

判斷自動化項目的效果，硬性數字總是比柔性優勢更有說服力。但很多柔性的回報正在變得越來越具有吸引力，尤其是對重視食品安全需求和勞動力問題的企業。

柔性優勢無法用直白的數字計算呈現，除非自動化能夠合理地復制人體動作。這是機器人系統面臨的主要挑戰之一，特別是當它們被應用在包裝和加工應用領域的更上游。機械臂末端（EOA）工具必須能夠像人類的手一樣靈巧溫柔的處理產品。

制造這類工具通常會采用真空，但加州Taylor農場正在試點的一個項目則在探索其它辦法。Soft Robotics的一項EOA早期項目正在嘗試抓取機器人是否能夠高效的裝配色拉，運輸極易破損的葡萄等農產品。

Soft機器人公司CEO Carl Vause介紹說，根據硬度要求，工具的夾持器充氣至1-13psi，每秒鐘可通過四個通脹/ 通縮周期。夾持器采用的是外科手術級Delrin樹脂，設計靈感來自章魚的觸須，可有效載荷200g ／7盎司至2公斤/4.4 磅的產品。夾持器可通過13磅的負載測試。該技術由哈佛大學的研究化學家授權。

Vause相信，烘焙、禽肉和農產品是機器人最具發展前途的領域。機器人選用的材料體現了對衛生設計的重視。柔性機器人有望獲取由3A 開發的全新機器人衛生標準。這一標準為機器人在乳品和其它衛生要求較高的應用領域的發展開拓了道路。

談到機器人手臂，工具擁有無限可能性。Henzen制造公司整合了數臺Yasakawa Motoman七軸鉸接臂機器人，而JLS自動化公司在Taylor 農場測試ABB 的柔性采摘機器人Flex-Pickers?！斑@已經不是一個項目，而是一種人們已經在投入使用的產品。”Vause 說。

作為用戶使用體驗，Taylor農場負責人Alan Applonie將這項測試總結為“職業生涯中最激動人心的項目”，主要優勢在于降低工程傷害，提高產品放置的精確度。大多數產品的生命周期短，這是自動化項目投資回報率很難令人信服的主要原因，他指出。EOA工具的適應性提高了產品放置失敗后重新調整的成功率。

抓取，檢查和放置

雖然Taylor農場希望收獲一些自動化投入方面的柔性優勢，但投資回報已經非常明顯：那就是系統成本。Delta機器人的大多數專利已經到期，導致價格暴跌。據一些系統集成商透露，超過50家Delta機器人的OEM開始制造這些抓取手臂，價格降低了一半。

新供應商向制造商提供的價格甚至更低。附加的優勢也更多，例如多軸運動，更遠的觸及范圍，更重的有效載荷。Delta的手臂最重能處理90公斤（198磅）的重量。

更高的投資回報率還體現在增強功能上。3D可視功能將賦予設備質量控制的能力。JLS自動化公司總裁Craig Souser表示，除了導引抓取手臂，二維相機幫助過濾各種缺陷產品。然而3D代表著“能力的一個新維度”，借助3D 功能，自動化系統可以發現能量棒中的空隙或者熟肉片的堆疊高度。

有了更快的算法和更先進的成像系統，產品檢查不需要減慢機器人的運行速度。JLS集成了一套康耐視In-Sight相機，配備專用處理器。“為計算提供了充足的帶寬?！盨ouser 說。他指出，相機還能執行跟蹤和引導工作，以及常規2D相機所具備的所有功能。

自動化流程中衛生設計是食品加工商的首要考慮因素。Souser并不認為目前這一代機器人達到了工業衛生標準。下游的工藝要求并不高，尤其是機器人正在進入的堆垛等二次包裝工作領域。

MGS設備公司總裁兼首席執行官Richard Barr將Fanuc的一臺機器人并入堆垛系統中。堆垛機可以處理77磅的有效載荷，運行無需圍欄，占地面積節省了一半，Barr介紹說。

藥品和醫療設備制造商是MGS公司的主要市場。協同堆垛系統并不具備沖洗功能，但設計滿足了生命科學GMP的要求，清潔度高，沒有衛生死角。據Barr預計，這種設備將在食品飲料廠獲得用武之地，食品飲料行業對速度的要求并不高，但由于空間有限，一般都無法使用傳統的堆垛機器人。

在食品行業中，機器人的應用正在變得越來越具有吸引力，尤其是對重視食品安全需求和勞動力問題的企業。

他的堆垛系統每分鐘可處理六箱產品。與所有協作機器人一樣，速度是設計時確保安全后考慮的一個因素。ISO為協作機器人創建了四種類型的安全設備：速度和單獨監控，力度和功率監測，手引導，以及安全額定停機。

機器的速度和有效載荷決定了所需的監測水平，以及操作人員干預的程度，Barr指出。如果托盤喂料和卸料采用手動完成，風險評估可能會得出這樣的結論：需要配備一個安全區的掃描儀，在必要時減緩和停止手臂運行。

堆垛機手臂包裹著柔軟的泡沫，更像人靠著一個緩沖用的靠墊。這種綠色泡沫與Fanuc的黃色機器人手臂有著明顯視覺差別，非常安全。

“每一個Fanuc機器人都可以成為協作機器人?！盙reg Buel強調，Fanuc美國公司協作機器人產品經理表示。不同之處是在安全系統面板、人機交互的程度、認證集成商的安全評估，以及顏色編碼上。

舊機器人 新應用

舊機器人的再次使用往往通過重新搭建或采購一個量身定做的EOA工具，專門針對全新的生產任務。有些產品被淘汰后，生產商必須與系統集成商和工具供應商建立緊密協作。SAS自動化公司最新開發的一款手機app，有助于推動這些合作。

SAS在全球三大洲設有生產基地，可提供交鑰匙解決方案，為生產商和設備供應商儲存2,000個裝配零件。如果工具所需的零件沒有庫存，SAS提供3D打印。

SAS總裁Trent Fisher表示，涉及到食品處理，真空往往是解決方案，“比如從烤盤上取出豆腐蛋糕，這種食品就像奶酪凝乳一樣。”他談到。在處理蛋糕時，很大一部分挑戰是防止多余的液體被吸入真空系統。

全新手機應用程序可以加快EOA工具的交貨時間，這是第一次將智能制造引入機器人工具領域的偉大嘗試?！霸谶@一領域，人們談論工業互聯網和制造業4.0時總會問，‘這對我意味著什么？’”Fisher提出。他的愿景是將工具設計和零部件采購變成一項基于“云”的工作。

制造商將項目規格上傳到云上，SAS的工程師將在“云端”與制造商展開合作，并得出解決方案。他設想在工具上安裝內置傳感器，一旦發現故障可以上傳警報，并直接傳輸到客戶手機上。

Fisher指出：“新入行的年輕人是一直使用智能手機長大的?，F在的手機應用程序能實現更多工具的功能?！?br/>
Blueprint自動化公司的工具通常利用真空接觸食品。這家公司曾創建一個“倒著的龍卷風”工具包裝蛋糕和餡餅，每分鐘能完成100箱，公司市場部經理Robbie Quinlan說。這一工具的吸力比吸盤更小，基本上等于創建了一個空洞，讓產品在運輸過程中短暫停留。

作為基礎解決方案的真空技術有助于拓展機器人在食品處理領域的應用。然而JLS的Souser也承認，Taylor Farms農場的系統必須借助柔性機器人的觸角才能成功。真空并不是機器的一個因素，它也起到檢查作用。他說，“我們正在開發一個項目，機器人在包裝培根的同時會感知包裝是否存在滲漏。在一些應用中，如果不具備檢查功能，機器人將無法完全取代勞動力?！?br/>
有些產品配方嚴格禁止手工接觸，那么回報率的計算對于自動化而言變得無關緊要。JLS與OEM合作伙伴羅伯特公司合作，設計了一款為玉米粉圓餅真空包裝機配合的喂料機器人。當時這個需求由一家烘焙坊提出，那時他們開發了一款不添加酶和防腐劑的玉米粉圓餅，廠家希望避免由于手工接觸而造成的交叉污染風險。

“ 我們正在幫助提高食品的安全， 改善人民的生活?！盨ouser說，“當我們調試這臺玉米餅設備時，工人們因為我們幫助他們避免了繁瑣和容易受傷的工作而表示感謝，加入進來的人也越來越多?！?br/>
工人的感激之情不會出現在資產負債表上。產品召回風險也沒有降低。但很多柔性效益顯而易見，功能得到了拓展，零部件的價格更實惠，機器人自動化的投資回報率變得越來越令人滿意。