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食品机器人末端执行器研究现状与展望

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:86      更新时间:2018-07-03

                                            张秋菊 1,2,张〓进1,2,孙沂琳1,2
                                       (1.江南大学机械工程学院,江苏 无锡〓214122)
                           (2.江苏省食品先进制造装备与技术重点实验室,江苏 无锡〓214122)
摘要:综合分析了食品材料的多样性,对食品机器人做了定义和分类,针对不同食品材料的抓取要求,对适合食品行业的机器人末端执行器进行分类,并介绍了国内外研究现状和几种典型的食品机器人末端执行器的研究成果,进而讨论分析了食品机器人末端执行器研究中仍存在的问题,指出其研究方向与发展趋势。
关键词:食品机器人;末端执行器;软体抓手;研究进展
中图分类号:T-19〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)05-0001-08


    我国是世界食品、农产品生产大国。食品工业是国民经济中增长速度最快、最具活力的支柱产业之一。在工业发达国家,工业机器人已经广泛应用于食品工业。作为传统的劳动密集行业,在人口红利逐渐消失、市场竞争日趋激烈的今天,应用机器人技术已成为中国食品工业降低劳动强度、改善劳动条件、提高生产效率、保证食品安全、提高生产自动化水平的必然选择。与其他行业相比,食品行业所面对的操作对象具有极大的特殊性:质地大多具有柔软(如面包、蛋糕)、酥脆(如饼干)、易损(如水蜜桃、鸡蛋)等特点;形状大多不规则,近似为片状(如饼干、蔬果切片)、椭圆形(如芒果)、柱形(如黄瓜、火腿肠)和复杂形状(鱼肉类)等;尺寸大小不一、质量各异。像汽车零件这种固体、坚硬、外观一致的东西很容易用机器人来移动,但是要移动像肉、水果、蔬菜和糕点这种精细、有弹性、天然外观多种多样的物体,就需要更加复杂的传感系统和操作系统。此外,食品行业对机器人的操作要求也极具特点:食品无破损、卫生安全、工作效率高、稳定性好,其中食品卫生安全是首要和必须满足的要求。机器人末端执行器是安装在机器人机械臂前端直接作用于操作对象的执行部件,其性能直接影响操作任务的执行效果以及工作效率,因此长期以来一直是机器人领域的研究热点之一。近年来国内外先后研究开发了多种机器人末端执行器。食品材料为非刚性材料,其质地、形状和尺寸等差异很大,针对不同的食品,食品行业使用的机器人末端执行器基本都是专用的,且绝大部分由非食品末端执行器演化而来。对于各种柔、脆、不规则形状食品的灵巧、柔顺抓取,一直是食品机器人末端执行器的设计难点。
    食品材料为非刚性材料,种类繁多,差异很大。食品机器人末端执行器受食品形状、质量、表面特性、干燥度、黏性和硬度等多种因素的影响,成为食品机器人推广应用的瓶颈问题。笔者在定义食品机器人的基础上对食品机器人末端执行器进行分类,分析了食品机器人末端执行器研究中仍存在的问题,旨在指出食品机器人末端执行器的研究方向与发展趋势。

1〓食品机器人的定义
    食品机械是把食品原料加工成食品(或半成品)过程中所使用的机械设备和装置。作为食品工业发展的重要物质基础和技术支撑,先进的食品机械装备是提高生产效率、降低能源消耗、保持食品营养成分和风味、减少环境污染的重要保障。食品机械的种类十分繁杂,发达国家食品机械的品种多达3 000种以上;我国大约有1 800种。按照食品的种类和行业的不同,食品机械可分为食品加工机械和食品包装机械两大类。食品加工机械包括粮油加工设备、果蔬保鲜与加工设备、畜禽产品加工设备、水产品加工设备、方便食品加工设备、饮料加工设备和食品加工中废弃物综合利用设备等。食品包装机械是指能完成全部或部分产品的食品包装过程的机


基金项目:国家自然科学基金资助项目(51575236)
作者简介:张秋菊(1963—),女,陕西西安人,江南大学教授,博士,主要研究方向为机器人与智能制造。


(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

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