Pinces robotisées pour la manipulation de la viande : Steak, volaille et saucisses
Application
Depuis que la pandémie a frappé l’industrie de la viande et l’industrie agroalimentaire en général, nous avons constaté que les grands fabricants de produits carnés de consommation qui utilisaient beaucoup de main-d’œuvre se tournent vers des solutions d’avenir. Non seulement pour des raisons d’hygiène ou pour économiser sur le personnel, mais aussi parce que la main-d’œuvre était difficile à trouver dans cette région, surtout pas dans les quantités dont des entreprises comme Tönnies ont besoin pour fonctionner. La tâche d’automatiser des lignes de production entières a été confiée à des intégrateurs. Cela ne veut pas dire que les lignes de production automatisées pour la transformation de la viande, la préparation de la viande ou la fabrication de sandwichs n’existaient pas auparavant ; des solutions pour la découpe et la transformation du poulet étaient déjà sur le marché, mais les nouveaux développements en matière de robotique, de périphériques et d’outillage en bout de bras ont rendu les solutions d’automatisation plus accessibles aux entreprises de toute taille dans le domaine de la fabrication de produits alimentaires et même pour des applications de niche. Dans cet article, nous abordons les avancées technologiques dans le domaine de la transformation de la viande et mettons en lumière certaines des applications que nous avons réalisées avec nos partenaires du secteur. Tout cela pour vous montrer ce qu’il faut rechercher lors de la mise au point d’une ligne automatisée de traitement de la viande.
Normes industrielles dans le traitement robotisé de la viande : Réglementation de la sécurité alimentaire
Tout d’abord, nous devons parler des concepts d’hygiène dans le traitement de la viande crue. Les directives exactes en matière de sécurité alimentaire varient d’un pays à l’autre, mais une chose est indéniable : la transformation de la viande est un domaine hautement réglementé, et les conditions d’hygiène sont essentielles au fonctionnement de toute usine. L’assurance qualité en matière de sécurité alimentaire vous accompagnera à chaque étape du processus. Une attention particulière est accordée à la conception hygiénique. Les nouveaux robots Delta conçus pour être utilisés dans des environnements alimentaires sont entièrement en acier inoxydable et peuvent être nettoyés avec de l’eau sous pression et des détergents sans endommager l’électronique. En même temps, la conception garantit qu’aucune pièce du produit ne reste coincée et ne crée d’espaces insalubres. Les bandes transporteuses suivent une logique légèrement différente. Tout d’abord, dans la production alimentaire, les bandes sont perforées et donc plus faciles à nettoyer avec de l’eau sous pression. La couleur bleue est une mesure de sécurité, car les produits ne sont généralement pas bleus, ce qui permet de distinguer facilement l’équipement de la marchandise. D’autres composants en contact avec les aliments, comme nos doigts, suivent la même logique de couleur. En outre, notre gamme de produits SoftGripping suit une conception hygiénique avec des surfaces biseautées, des joints et des vis spéciales. Les résidus de produits et les agents de nettoyage s’enlèvent ainsi facilement, laissant derrière eux des surfaces propres et hygiéniques.
Pour nous, en tant que fabricant de pinces, une chose est devenue claire : la plupart des systèmes d’automatisation dans l’industrie alimentaire avec des convoyeurs, des robots industriels, des caméras, des équipements d’emballage automatisés et des postes de livraison diffèrent légèrement d’une application à l’autre. Ils sont souvent construits en premier et la pièce la plus importante du puzzle n’est résolue qu’au dernier moment : la pince du robot ! Il faut simplement considérer en premier lieu la partie qui entre en contact avec la nourriture. Le contact alimentaire signifie que la forme de la pince doit être adaptée au produit en question. Une pince optimisée pour la viande à manipuler permet une prise plus précise, moins de variations dans le prélèvement et le placement, et surtout, moins de risques d’erreurs de manipulation ! C’est pourquoi nous devons nous pencher sur les défis typiques de la manutention de la viande et savoir ce qu’il faut rechercher, par exemple : La répartition du poids, la forme générale, les conteneurs à prendre et à poser. Tout cela dans le but de rendre le processus aussi rapide que possible et, surtout, fiable !
Traditionnellement, nous testons d’abord les conceptions en interne ou directement dans les locaux de nos clients à l’aide de SoftActuators. Il s’agit de doigts d’outillage en bout de bras qui peuvent former une variété de conceptions de pinces différentes en les plaçant sur une feuille de métal et en les alignant pour qu’ils s’adaptent à l’objet en question. Il est ainsi possible de tester des variantes de produits, d’enregistrer l’équilibrage des charges à l’aide d’une caméra à grande vitesse et de procéder aux premiers ajustements de conception et d’assemblage à l’aide de doigts, d’angles, d’entretoises et de ventouses (uniquement lorsque cela est possible, bien entendu). À ce stade, la conception hygiénique n’est pas du tout importante. Tous les tests sont effectués dans un environnement où le produit ne touchera jamais la main du client….. Mais ça finira par arriver ! Les connaissances acquises lors des essais préliminaires doivent donc être transférées dans une base de préhension adaptée à la tâche, dotée de toutes les fonctions nécessaires et, surtout, hygiénique ! Comme vous pouvez l’imaginer, ceci est juste pour votre information : SoftGripping a pour vocation de trouver des solutions sur mesure, mais pour les applications générales et répandues telles que la volaille, toutes sortes de saucisses, le poisson et la viande, il existe une solution qui a été testée dans le cadre de l’un de nos projets précédents. N’hésitez donc pas à nous contacter pour voir quelles solutions sont disponibles pour votre installation.
Alternatives aux ventouses pour le prélèvement et la mise en place de la viande
Les ventouses sont souvent utilisées dans l’automatisation à grande vitesse. Mais dans ce cas, avec la viande crue, la marinade et la panure, l’élimination des résidus des lignes pneumatiques devient un cauchemar ! Le simple filtrage, comme pour de nombreux autres systèmes d’automatisation, ne suffit pas. Nous ne parlons pas ici de poussière ou de résidus de produits, mais de bactéries et de vapeurs liquides créées par l’aspirateur. De plus, les surfaces inégales et la peau rendent la préhension impossible. Ce n’est pas le cas des pinces souples pour robots. Les lignes pneumatiques ne sont pas ouvertes sur l’environnement et l’air du processus n’entre pas en contact avec le produit. Les pinces fonctionnent toujours avec de l’air comprimé et du vide. Cependant, l’air comprimé garantit que les doigts entourent le produit, tandis que le vide assure un relâchement rapide de la pince à la position cible. L’entretien est ainsi facilité pour les ouvriers de production et les responsables du contrôle de la qualité et de la sécurité alimentaire sont satisfaits. Si vous avez besoin d’un effet d’amortissement pour votre produit, nous vous recommandons d’utiliser une entretoise ou une ventouse pour vous assurer que le produit reste en place tout au long du cycle de préhension, mais dans ce type de scénario, l’activation des ventouses pour une préhension supplémentaire est quelque chose que nous ne recommandons pas.
Utilisation de pinces souples dans le prélèvement et le conditionnement de la viande
Dans le secteur de la transformation de la viande, il existe de nombreux cas d’utilisation où les robots peuvent assister les humains, voire assumer le rôle principal dans le processus de production : Pick-and-place, pick-and-pack, tri, distribution du poids des produits et, bien sûr, dans les processus où la viande est coupée et préparée avant l’emballage final.
Choisir et placer
La première application qui vient à l’esprit est le simple fait de retirer la viande de la chaîne de production et de la placer dans des boîtes ou des plateaux pour l’emballage. Cette étape pourrait être effectuée après une ligne où la viande est coupée. Ici, la découpe de la viande peut être effectuée soit par des ouvriers, soit de manière automatisée. Ce qui nous a frappé ici, c’est que la simple séparation des morceaux de viande pourrait permettre d’économiser beaucoup d’argent sur la vision et le traitement 3D qui seraient nécessaires pour que le robot puisse choisir des morceaux de viande individuels. À propos, lorsque nous parlons d’applications de type “pick-and-place”, nous parlons de robots rapides comme les robots Delta ou Scara, et généralement d’une ligne de production comportant plusieurs robots pour une même tâche.
Choisir et emballer
Le prélèvement et l’emballage de la viande pourraient être similaires à une application de prélèvement et de mise en place, mais si le prélèvement et la mise en place sont utilisés pour aligner les pièces ou les transférer d’un convoyeur à un autre, par exemple, le prélèvement et l’emballage signifient disposer d’un plateau, d’un sac ou d’un récipient similaire dans lequel placer des ailes de poulet ou des saucisses, par exemple. Outre l’emballage en plateaux, une application consistait à emballer des ailes de poulet frites dans des sacs en papier qui étaient ensuite distribués et ouverts, une autre consistait à placer des saucisses dans des conteneurs assez étroits. Veillez à étudier les besoins en espace pour l’opération “grab-and-go”. Certains conteneurs peuvent être extrêmement étroits et les pinces ne doivent pas plonger profondément à l’intérieur pour placer le produit. Il est plutôt conseillé de dégager la pince quelques centimètres dans le paquet étroit ou même légèrement au-dessus. L’utilisation d’une entretoise entre les doigts de la pince contribue à la stabilité et à l’alignement des produits carnés, ce qui garantit une libération et un placement contrôlés dans les machines d’emballage.
Applications de tri
Le tri ne consiste pas seulement à s’assurer que les pièces sont correctement alignées pour la tâche suivante ou à séparer les différentes coupes en plusieurs flux de produits. La tâche la plus simple que nous avons rencontrée consistait à s’assurer que les pièces étaient assemblées pour former des plats d’un certain poids. Les viandes, comme les morceaux de porc, varient toujours en taille et en poids, mais ce que voit le client final est un produit emballé de, disons, 500 g ! Les morceaux de viande doivent donc peser au moins 500 g pour garantir que le client en a pour son argent. Mais le poids supplémentaire des marchandises emballées est un élément qui aurait pu être réparti différemment entre les boîtes. Dans ce cas, chaque morceau de viande est pesé et reçoit un identifiant. Les pièces qui répondent au poids d’emballage requis sont assemblées par des doigts robotisés dans le processus d’emballage primaire. Cela garantit une distribution efficace des produits.
Pince à viande faisant partie d'un actionneur
L’outillage en bout de bras ne se résume pas à la seule préhension. Souvent, les pinces et les autres outils travaillent ensemble dans une même application. Imaginez la découpe automatisée de la viande dont le poids est inégalement réparti, comme dans les applications de découpe et de manipulation automatisées de la volaille. Ici, la prise de la viande ou des os, ou même l’endroit où la pince saisit le poulet, fait une grande différence dans le résultat final. L’utilisation de pinces qui épousent la forme est la clé d’une bonne coupe. Demandez des solutions personnalisées, nos ingénieurs seront heureux de travailler avec vous pour mettre en œuvre un outillage personnalisé dans les pinces.
Préparation du produit en plusieurs étapes
Il existe certaines tâches où la viande rencontre d’autres produits, comme la préparation de sandwichs, de hamburgers ou de repas complets. La préparation d’un hamburger dans les fast-foods exige une bonne prise en main et de la souplesse. Vous connaissez sans doute les robots qui préparent les repas dans une vitrine ? Un tel cas est abordé dans nos exemples d’application ci-dessous.
Lignes d'emballage primaire et lignes d'emballage secondaire
L’emballage primaire diffère sensiblement de l’emballage secondaire. Tout d’abord, les lignes d’emballage primaire ont l’effet secondaire désagréable du contact alimentaire direct entre le produit et la pince du robot. Comme nous l’avons mentionné précédemment, les SoftGrippers sont à la hauteur de la tâche et se comportent bien dans ce type d’environnement, à condition que les cycles de nettoyage soient conformes. L’emballage secondaire est beaucoup moins exigeant pour l’équipement utilisé, car le contact direct avec les aliments n’est souvent pas nécessaire. Par exemple, lorsque les emballages sous vide sont placés dans des cartons, il n’y a pas de contact direct avec les aliments. Mais dans ce cas, la structure et le toucher de l’objet changent et doivent être pris en compte. Cela peut rendre l’emballage plus difficile car les endroits où les doigts vont s’agripper ne sont pas évidents, surtout avec des produits bruts qui ont tendance à se déformer. Mais lorsqu’il s’agit d’emballer de la viande congelée, cela rend l’automatisation encore plus facile. N’oubliez pas que les doigts SoftGripping peuvent également être utilisés sur des surfaces gelées, à condition que la durée du cycle et l’environnement ne conduisent pas à un givrage complet.
La préhension robotique de la viande avec softgripping, que faut-il rechercher ?
Pour faire court : les solutions de préhension douce des doigts sont une question de conception hygiénique et de bonne adaptation au produit. Cela signifie le bon nombre de mâchoires, le bon positionnement des doigts du robot, les angles qui sont importants pour une large distribution des tailles de produits, et bien sûr la bonne bride de robot, qui peut varier en fonction du robot que vous voulez utiliser dans votre système d’automatisation.
Les pneumatiques sont également importants. Nous avons vu que l’alimentation en air ne doit pas nécessairement créer un contact. Recherchez donc un contrôleur placé à l’extérieur du corps et des lignes pneumatiques situées à une distance relativement courte du préhenseur afin de rendre le processus de préhension aussi rapide que possible. Pour nous, il est important que vous respectiez les spécifications de pression pour les doigts du robot. La façon la plus simple de le faire est d’utiliser notre contrôleur pneumatique et de régler la pression à la valeur souhaitée. Tant que vous ne dépassez pas la pression maximale, tout va bien, mais toutes les applications ne nécessitent pas la pleine pression. Cela doit être décidé au cas par cas. Une pression trop élevée pourrait être trop dure pour le produit, tandis qu’une pression minimale doit être atteinte pour donner au produit une bonne prise. Il existe généralement une plage de pression avec laquelle travailler, en fonction des entretoises ou autres outils utilisés.
Nos exemples de machines robotisées pour la manipulation de la viande et le conditionnement des protéines
Nous avons abordé de nombreux cas d’utilisation assez généraux et nous ne pouvons pas tous les présenter dans un court article, mais nous pouvons choisir quelques exemples qui, selon nos ingénieurs, représentent bien l’éventail des applications. Bon nombre de ces applications concernent les parties de poulet, mais des tâches telles que l’attraction de chaînes alimentaires trouveront également leur place sur cette liste (même si, pour l’instant, il faudra attendre 3 à 10 ans avant qu’elles ne fassent leur apparition dans toutes les chaînes de restauration rapide que vous connaissez).
Pilons de poulet
Commençons par l’une des applications les plus connues du traitement automatisé de la viande : le ramassage et la mise en place des cuisses de poulet. À première vue, cela semble simple, mais pour les pinces conventionnelles, l’asymétrie et la peau de poulet poseraient de nombreux problèmes. La prise autour de la viande est importante ici pour maintenir l’équilibre. Une légère tendance à saisir près du centre de la masse peut aider à la stabilisation. Plus important encore, la pression sur les doigts doit être ajustée pour s’assurer que la peau du poulet reste en place pendant le cycle de prélèvement et de mise en place. Ce qui rend la tâche plus facile par rapport à d’autres morceaux de viande, c’est l’os à l’intérieur de la jambe, où la pince peut bien tenir le morceau de viande.
Configuration recommandée des préhenseurs pour la manipulation robotique des pilons de poulet
En raison de la répartition inégale du poids de la cuisse de poulet et de la forme irrégulière du produit, nous recommandons une pince plus longue et parallèle, dans certains cas avec des doigts frontaux pour la stabilisation. La taille et la répartition du poids ne sont pas un problème, mais le mouvement de la peau est un défi pour la normalisation des processus. Par conséquent, nous recommandons d’utiliser plus de 4 doigts pour maximiser la surface de contact avec une faible pression d’air de 0,7 bar sur les doigts eux-mêmes. L’idéal est une pince juste assez large pour saisir le pilon de poulet sans toucher ni déplacer la peau lorsque le bras du robot est abaissé pour commencer le processus de préhension. Il est préférable d’abaisser le bras du robot aussi bas que possible afin que les doigts puissent saisir le dessous de la patte du poulet.
Traitement automatisé des filets et des filets mignons
Nous avons choisi le filet de poitrine de poulet comme un bon exemple de morceaux de viande à traiter automatiquement. Bien entendu, les résultats peuvent varier en fonction de la tendreté de la viande et de la forme de la coupe et donc de la répartition du poids dans la pièce. Ce sont des paramètres importants lorsqu’on passe du poulet au bœuf ou au porc. Dans le cas présent, des pièces assez grandes et de bonne hauteur sont manipulées de manière à ce qu’une main humaine ou robotique puisse facilement les saisir. Les pièces plus plates et plus larges, en revanche, sont plus difficiles à manipuler. Ici, jusqu’à une certaine taille, il peut être utile de presser les pièces contre une entretoise au lieu de les laisser glisser dans les doigts de la pince. Outre la taille des morceaux et les conditions de refroidissement, vous devez également examiner de près la marinade utilisée.
Configuration recommandée des pinces pour la manipulation des filets
Pour les longs morceaux de filet, nous recommandons une pince parallèle dont les doigts sont répartis de manière à s’adapter à votre plus gros morceau de filet. Dans notre exemple, une pince parallèle à 8 doigts a été utilisée, les doigts étant régulièrement espacés pour minimiser l’affaissement. Un léger angle de 10° entre les doigts permet de saisir une plus grande variété de filets. De cette manière, une variation naturelle de filets de 30 mm à 130 mm de large a pu être traitée à grande vitesse. Une pression de ~0,8 bar était suffisante pour assurer une bonne prise sur des pièces de 400 g avec une hauteur minimale de 40 mm. Une pression légèrement inférieure était nécessaire pour les pièces plus fines afin de minimiser le gondolage. Un léger angle dans la position des doigts signifie également que l’espace requis est moindre que si les doigts doivent être écartés lors de la saisie et du relâchement.
Manipulation robotisée de boulettes de viande
La vidéo montre une étude de cas avec des boulettes de viande fabriquées à partir de pâte crue. Le comportement est généralement similaire, avec seulement un léger décalage vers la taille de la viande hachée en question. Trop de pression et ils s’écroulent. Trop peu de pression ? Ils n’adhèrent plus très bien. L’expérimentation des bonnes conditions a été un bon test pour nos pinces et un bon pas en avant pour nos partenaires.
Configuration robotique recommandée pour la manipulation des boulettes de viande
Les boulettes de viande existent en différentes variétés : avec de la viande pure, avec une forte proportion de pâte, ou dans certains cas même avec du riz comme base. Dans notre exemple vidéo, nous avons choisi une boule de pâte pour simuler la boulette de viande afin que vous puissiez vous faire une idée de ce à quoi ressemble le processus. Dans ce cas, une pince centrique avec une pression de 0,6 bar et 6 doigts est bonne pour les tailles de 50 mm de diamètre ou plus. Pour les petites tailles, un SoftGripper centré à 4 doigts est préférable. D’après nos conclusions, ce n’est pas le poids qui compte, mais plutôt la structure de la boulette de viande. N’oubliez pas que la manipulation de la pâte et des boulettes de viande est plus facile lorsque le produit en question est encore congelé ou a une température de refroidissement d’environ 6 °C. Les boulettes de viande et de pâte sont alors fermes et le processus de préhension est plus facile à automatiser. Les températures plus basses sont courantes dans le conditionnement des aliments, et notamment dans les solutions de conditionnement de la viande.
Machines d'emballage primaire de saucisses
Les saucisses longues, mais plutôt légères, ont besoin d’une bonne prise et d’une fixation en au moins deux points de contact pour éviter qu’elles ne se tordent et pour s’assurer que l’équipement d’emballage les place en ligne droite afin de réduire l’espace nécessaire dans l’emballage plastique.
La pince parfaite pour la manipulation des saucisses
Nos résultats montrent qu’une pince parallèle à 4 doigts est suffisante pour manipuler des saucisses de plusieurs longueurs. Une pression de 0,7 bar assure une bonne prise, tandis qu’une entretoise peut être utilisée pour améliorer la stabilité du processus. En ce qui concerne l’angle des pinces, 0° est un bon choix car la variété des produits n’est pas présente et les solutions de prélèvement et d’emballage bénéficient de la précision dans le placement des saucisses dans l’emballage.
Préparation du burger Cobot
C’est peut-être l’exemple le plus marquant d’automatisation sur les médias sociaux : un robot préparant un repas entier. Que ce soit un repas rapide ou quelque chose de plus sophistiqué. Dans ce cas, la pince doit être capable de manipuler plusieurs types de produits complètement différents : d’un petit pain à de la viande en passant par une feuille de laitue de forme plutôt étrange, pour revenir au petit pain. C’est une grande variété à prendre en compte. Cela conduit à trois approches possibles :
- 1. Utiliser plusieurs robots pour des tâches spécifiques. Cela accélère la préparation des repas, mais nécessite un investissement plus important et, surtout, plus de place dans les restaurants où l'espace est un facteur déterminant.
- 2. Utiliser un robot avec une station de changement d'outil et des outils en bout de bras dédiés à des tâches spécifiques. Cela peut sembler avantageux à première vue, mais un changeur d'outils automatisé dans un environnement de préparation des aliments peut entraîner des problèmes d'hygiène et, surtout, le changement d'outils entre deux tâches prend du temps et est inefficace, même si l'installation est exposée pour le plus grand plaisir des clients.
- 3. Développer un outil de fin de bras qui peut gérer toutes les tâches requises. Cela peut se faire en attachant plusieurs outils au robot dans un EoAT ou un préhenseur flexible qui peut manipuler toutes les pièces. C'est la voie du SoftGripping ! Nos doigts s'enroulent doucement autour des petits pains, des galettes et même des feuilles de laitue. Lorsque vous prenez une pile de ces produits et la placez sous un distributeur de condiments (ketchup, mayonnaise, etc.), vous pouvez être sûr que tous les morceaux seront traités en une seule fois.
Configuration automatisée recommandée pour la préparation des hamburgers
Dans notre configuration, nous avons choisi un SoftGripper à 4 doigts avec une pince à grand angle. Dans une configuration cobot, ce n’est pas la vitesse qui est cruciale, mais la capacité à manipuler tous les objets avec une seule pince flexible. L’utilisation d’un contrôleur pneumatique variable permet de régler la pression de manière individuelle pour chaque article. Alors que les petits pains et les galettes nécessitent une pression plus élevée, la même pression provoquerait l’émiettement de la laitue. Par conséquent, un léger toucher suffit pour ramasser la laitue et la placer sur le petit pain.
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Nous sommes heureux de prendre contact avec vous ! Discutons rapidement et découvrons comment automatiser votre application. Nos ingénieurs valideront votre application et vous fourniront du matériel d’essai sous forme de vidéos, de photos et de livres blancs :
A propos de l'auteur
Sergey Stepanyuk
"Il est de plus en plus difficile de trouver des employés pour trier les viandes dans des salles de travail froides et stériles. Il est temps de se familiariser avec le traitement robotisé de la viande. "
