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机器人在农产品加工的应用

摘要:诞生于美国的机器人技术发展迅速,已被广泛应用到各个领域;反观国内,机器人应用的智能化水平仍有待提高,对于仿生学以及生物工程技术的应用十分薄弱。机器人的应用多数停留在单一指令的执行上,若能实现机器人的智能化运用不仅可以极大地降低了工人劳动强度和生产费用,而且将大幅度提高劳动生产率和产品质量。文章对机器人在农产品加工方面的可行性进行了简述,分析了国内目前机械加工的现状,提出了机器人在加工环节的具体应用策略,以供参考。

关键词:机器人;农产品加工;智能化

实际上,早在2016年有关部门就下发了关于发展机器人产业的指导意见。以智能化、自动化的机器人与传统的产业相结合,一方面促进生产力的提升,另一方面也能够实现产业的升级转型。但由于机器人应用较为复杂,其中涉及到机械制造、人工智能以及传感技术等难点,因此在国内的推广效果始终差强人意。由此可见,对机器人在农产品加工中的具体应用进行研究,具有十分重要的实践意义了。

1机器人在农产品加工中可行性

由于农产品种类繁多,各类型产品对加工工序的要求也存在较大的区别。因此,机器人在进行仿真设计的过程中就需要考虑到实际的使用需求,有针对性的进行研发。尽管经过多年来的发展,采摘机器人、嫁接机器人以及收割机器人均有着较为广泛地应用。但在加工领域分拣、装箱等环节仍依赖于人工作业,机器人在研发和普及方面始终未能普及[1]。究其原因,主要是企业技术投资力度不足,以及研发一刀切问题严重。笔者建议,机器人的开发应当遵循“个性化定制”的原则。首先对特定流水线进行调研,结合具体的工作内容来设计。同时借助与计算机软件来创建模型,将所有细节细化到各零部件的装配。此外,还需要应用遥感和数控设备对机器人进行远程的操作,使产品加工有条不紊的开展。

2国内农产品机械加工现状

国内机器人技术起步较晚,相关的理论研究以及实践经验均存在严重的空白。笔者发现,目前业内对机器人的应用还停留在单一指令的执行上,智能化水平相当有限。这就导致农产品加工行业工作效率低,在日益激烈的市场竞争中往往步履维艰。不过近几年学界不断推陈出新,此前出现的六自由度采摘机器人与虚拟仿真模型相继取得了重大的技术突破。不仅如此,农产品加工领域的机器人还逐渐向精细化、信息化的方向发展。部分研究者利用专业的软件来模拟工况环境,以直观地画面和数据来反映机器人的运作情况[2]。通过这些技术的应用,机器人在加工中的表现越来越突出也给此后的普及推广打下了坚实的基础。

3机器人在全自动装箱线的具体应用

1)工艺流程。近几年随着我国产业的转型升级,人力成本也呈现出逐年上升的趋势。而传统机械式装箱流水线往往需要配备3名以上的工人,分别来进行开、封、装的工序,其劳动力消耗大,单位生产的技术经济效果(技术经济效果E=劳动成果X/劳动耗费L)较低;而智能机器人技术成熟之后,利用集成机器人能够高效的完成任务填充入箱[3]。首先,将果蔬等农产品输入流水线,工艺系统内的传感器就会对农产品进行监测定位,同时给机器人下发相应的指令。然后,智能机器人锁定农产品进行跟踪抓取,在这个环节包装箱也同步敷设,与农产品的流水线的进度保持一致,一旦工艺系统出现了失误或者故障,那么某一项指标与成品不符合系统也能够自动监测出来,并给机器人下发重复的操作直至完成。2)抓手设计。通常而言,果蔬的大小与形状均较为多样,常规的机械式抓手不可避免会出现失误。因此,在智能机器人中业界主要采用了吸盘式的抓手,在作业过程中的抓取成功率得到了有效地保障。而且由于全自动装箱,农产品是有序排列的输入方式,这就要求机器人抓手在抓取的过程中不得对其它产品造成干扰,而只针对当前的产品进行抓取,为了解决这个问题,在抓手的设计上就必须具备跟踪功能,同时,抓手上的传感器还能够监测到包装箱的形状与位置,使产品入箱后能够保持良好的角度[4]。3)功能实现。全自动装箱线主要是依靠智能的物料输送,以及机器人的高效封装来实现的。经过大量数据的对比得出,智能机器人在全自动流水线的装箱效率高达每小时1万件以上。以往机械式的流水线不仅需要大量的人工辅助,而且在复杂的工艺流程中故障问题也十分突出。全自动装箱线则不然,仅需1-2人在输入出放置产品和纸箱,其余环节均不需要人工参与[5]。根据工作效率来看,机器人装箱线的推广能够给企业减少10人以上的人力资源,大大解决运营的成本。

4结束语

综上所述,农产品加工领域如水果的分拣、装箱等工作量都比较大,各地经济发展水平不同常常伴随着人口的分布不均,在农产品加工季节容易出现招工难等问题,同时农产品的快速上市可以保证产品质量。尽管业界和学界在此领域已进行了不少研究,但仍有许多技术难题亟待解决,需要不断推陈出新,开发出实用性和经济性的生产性机器人,促进农产品加工行业的发展,为我国农业现代化发展做出重要贡献。

参考文献:

[1]张立彬,计时鸣,胥芳,等.农业机器人的主要应用领域和关键技术[J].浙江工业大学学报,2002(1):38-43.

[2]刘东海,许剑新,方艳.基于IRB360工业机器人的果蔬分拣系统设计[J].产业与科技论坛,2018,17(5):83-84.

[3]佟玲,郑育红.21世纪农业机械发展的趋势———农业机器人的应用[J].农机与食品机械,1996(6):2.

[4]岳建荣,郭辉,张学军,等.浅谈采摘机器人在农业中的应用[J].新疆农机化,2016(1):31-34.

[5]应义斌,傅宾忠,蒋亦元,等.机器视觉技术在农生产自动化中的应用[J].农业工程学报,1999(3):199-203.

作者:梁杰 单位:南昌工学院

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