Pinze robotiche per la manipolazione della carne: Bistecca, pollame e salsicce

Manipolazione della carne con le SoftGripper! Un lungo articolo con diversi esempi di manipolazione di salsicce, pollo e hamburger!

Applicazione

Da quando la pandemia ha colpito l’industria della carne e l’industria della trasformazione alimentare in generale, abbiamo assistito alla tendenza dei grandi produttori di prodotti proteici di consumo che utilizzavano molta manodopera a rivolgersi a soluzioni lungimiranti. Non solo per motivi igienici o per risparmiare sul personale, ma anche perché la manodopera era difficile da trovare in questa zona, soprattutto non nelle quantità di cui le aziende come Tönnies hanno bisogno per funzionare. Il compito di automatizzare intere linee di produzione è stato affidato agli integratori. That’s not to say that automated production lines for meat processing, meat preparation or sandwich making didn’t exist before; solutions for cutting and processing chicken were already on the market, but new developments in robotics, peripherals and end-of-arm tooling have made automation solutions more accessible at any size company in food manufacturing and even for niche applications. In questo articolo discutiamo dei progressi tecnologici nella lavorazione della carne ed evidenziamo alcune delle applicazioni che abbiamo realizzato con i nostri partner del settore. Tutto questo per mostrarvi cosa cercare quando si sviluppa una linea di lavorazione della carne automatizzata.

Standard industriali nella lavorazione robotizzata della carne: Regolamenti sulla sicurezza alimentare

In primo luogo, è necessario parlare dei concetti di igiene nella lavorazione della carne cruda. Le linee guida esatte per la sicurezza alimentare variano da Paese a Paese, ma una cosa è innegabile: la lavorazione della carne è un settore altamente regolamentato e le condizioni igieniche sono fondamentali per il funzionamento di qualsiasi impianto. La garanzia di qualità della sicurezza alimentare vi accompagnerà in ogni fase del processo. Particolare attenzione viene prestata al design igienico. I più recenti robot Delta progettati per l’uso in ambienti alimentari sono realizzati interamente in acciaio inossidabile e possono essere puliti con acqua pressurizzata e detergenti senza danneggiare l’elettronica. Allo stesso tempo, il design garantisce che nessuna parte del prodotto rimanga impigliata e crei spazi poco igienici. I nastri trasportatori seguono una logica leggermente diversa. Innanzitutto, nella produzione alimentare, i nastri sono perforati e quindi più facili da pulire con acqua in pressione. Il colore blu serve a garantire la sicurezza, in quanto i prodotti di solito non sono di colore blu, per cui l’attrezzatura può essere facilmente distinta dalla merce. Altri componenti a contatto con gli alimenti, come le nostre dita, seguono la stessa logica cromatica. Inoltre, la nostra linea di prodotti SoftGripping segue un design igienico con superfici smussate, guarnizioni e viti speciali. In questo modo i residui di prodotto e i detergenti possono essere rimossi facilmente, lasciando superfici pulite e igieniche.

Per noi, in qualità di produttori di pinze, una cosa è risultata chiara: la maggior parte dei sistemi di automazione nell’industria alimentare con nastri trasportatori, robot industriali, telecamere, apparecchiature di confezionamento automatizzate e stazioni di consegna differiscono leggermente da applicazione ad applicazione. Spesso vengono costruiti per primi e il pezzo più importante del puzzle viene risolto solo all’ultimo momento: la pinza del robot! La parte che viene a contatto con il cibo deve essere semplicemente considerata per prima. Il contatto con gli alimenti significa che la forma della pinza deve essere adattata al prodotto in questione. Una pinza ottimizzata per la carne da manipolare significa una presa più precisa, meno variazioni nel prelievo e nel posizionamento e, soprattutto, meno possibilità di errori di manipolazione! Per questo motivo, dobbiamo considerare le sfide tipiche della movimentazione della carne e sapere cosa cercare, come ad esempio: Distribuzione del peso, forma generale, contenitori da prelevare e depositare. Il tutto con l’obiettivo di rendere il processo il più veloce possibile e, soprattutto, affidabile!

Tradizionalmente, testiamo i progetti internamente o direttamente presso i nostri clienti utilizzando i SoftActuator. Si tratta di dita per utensili a fine braccio che possono formare una varietà di design diversi di pinze posizionandole sulla lamiera e allineandole per adattarsi all’oggetto in questione. In questo modo è possibile testare le varianti del prodotto, registrare il bilanciamento del carico tramite una telecamera ad alta velocità e apportare le prime modifiche alla progettazione e all’assemblaggio utilizzando dita, angoli, distanziali e ventose (ovviamente solo quando possibile). In questa fase, il design igienico non è affatto importante. Tutti i test vengono eseguiti in un ambiente in cui il prodotto non toccherà mai la mano del cliente…. Ma alla fine lo farà! Le conoscenze acquisite con i test preliminari devono quindi essere trasferite in una base di presa adatta al compito, dotata di tutte le funzioni necessarie e, soprattutto, igienica! Come potete immaginare, questo è solo a titolo informativo: SoftGripping si occupa di trovare soluzioni su misura, ma per applicazioni generali e diffuse come pollame, tutti i tipi di salsicce, pesce e carne, esiste una soluzione che è stata testata con uno dei nostri precedenti progetti. Non esitate quindi a contattarci per conoscere le soluzioni disponibili per la vostra struttura.

Alternative alle ventose nel pick&place della carne

Le ventose sono spesso utilizzate nell’automazione ad alta velocità. Ma in questo caso, con carne cruda, marinata e impanatura, la rimozione dei residui dalle linee pneumatiche diventa un incubo! Il semplice filtraggio, come per molti altri sistemi di automazione, non è sufficiente. Non si tratta di polvere o residui di prodotti, ma di batteri e vapori liquidi creati dall’aspirazione. Inoltre, le superfici irregolari e la pelle rendono impossibile la presa. Questo non è il caso delle pinze robotiche morbide. Le linee pneumatiche non sono aperte all’ambiente e l’aria di processo non entra in contatto con il prodotto. Le pinze funzionano ancora con aria compressa e vuoto. Tuttavia, l’aria compressa garantisce che le dita avvolgano il prodotto, mentre il vuoto assicura un rapido rilascio della pinza nella posizione desiderata. Questo facilita la manutenzione per gli addetti alla produzione e rende felici i responsabili del controllo qualità e della sicurezza alimentare. Se avete bisogno di un effetto ammortizzante per il vostro prodotto, vi consigliamo di utilizzare un distanziatore o una ventosa per garantire che il prodotto rimanga in posizione per tutto il ciclo di presa, ma in questo tipo di scenario, l’attivazione di ventose per una maggiore presa è qualcosa che non raccomandiamo.

Utilizzo di pinze morbide per il prelievo e il confezionamento della carne

Ci sono molti casi d’uso nella lavorazione della carne in cui i robot possono supportare l’uomo o addirittura assumere il ruolo principale nel processo produttivo: pick-and-place, pick-and-pack, smistamento, distribuzione del peso del prodotto e, naturalmente, nei processi in cui la carne viene tagliata e preparata prima del confezionamento finale.

Scegliere e posizionare

The first application that comes to mind is simply removing meat from the production line and placing it in boxes or trays for packaging. Questa fase potrebbe essere eseguita dopo una linea di taglio della carne. In questo caso, il taglio della carne può essere effettuato da operai o in modo automatizzato. Ciò che ci ha colpito è che, semplicemente separando i pezzi di carne, si potrebbero risparmiare molti soldi per la visione e l’elaborazione 3D che sarebbero necessarie al robot per raccogliere i singoli pezzi di carne. A proposito, quando parliamo di applicazioni pick-and-place, ci riferiamo a robot veloci come i Delta o gli Scara, e di solito a una linea di produzione con più di un robot per un compito.

Prelievo e confezionamento

Il prelievo e l’imballaggio della carne potrebbero essere simili a un’applicazione pick and place, ma se il pick and place viene utilizzato per allineare i pezzi o trasferirli da un trasportatore all’altro, ad esempio, pick and pack significa disporre di un vassoio, un sacchetto o un contenitore simile in cui collocare ali di pollo o salsicce, ad esempio. Un’applicazione, oltre al confezionamento in vaschetta, è stata quella di confezionare ali di pollo fritte in sacchetti di carta che venivano poi distribuiti e aperti, mentre un’altra è stata quella di inserire salsicce in contenitori piuttosto stretti. Assicuratevi di esaminare i requisiti di spazio per l’operazione “grab-and-go”. Alcuni contenitori possono essere estremamente stretti e le pinze non devono immergersi in profondità per posizionare il prodotto. È invece consigliabile liberare la pinza a pochi centimetri dalla confezione stretta o anche leggermente al di sopra. L’utilizzo di un distanziatore tra le dita della pinza contribuisce alla stabilità e all’allineamento dei prodotti proteici, garantendo un rilascio e un posizionamento controllati nelle macchine confezionatrici.

Applicazioni di smistamento

Lo smistamento non consiste solo nell’assicurarsi che i pezzi siano allineati correttamente per l’attività successiva o nel separare tagli diversi in più flussi di prodotti. Il compito più semplice che abbiamo incontrato è stato quello di assicurarci che i pezzi fossero assemblati in piatti di un certo peso. La carne, come i tagli di maiale, varia sempre in dimensioni e peso, ma ciò che il cliente finale vede è un prodotto confezionato di, ad esempio, 500 g! I pezzi di carne devono quindi pesare almeno 500 g per garantire che il cliente riceva ciò che ha pagato. Ma il peso extra della merce imballata è qualcosa che avrebbe potuto essere distribuito in modo diverso tra le scatole. In questo caso, ogni pezzo di carne viene pesato e gli viene assegnato un ID. I pezzi che soddisfano il peso richiesto per l’imballaggio vengono assemblati da dita robotiche nel processo di imballaggio primario. Questo garantisce una distribuzione efficiente dei prodotti.

Pinza per carne come parte di un attuatore

L’utensileria di fine braccio non si limita alla sola presa. Spesso le pinze e gli altri utensili lavorano insieme in un’unica applicazione. Immaginate il taglio automatizzato di carne con peso non uniformemente distribuito, come ad esempio nelle applicazioni automatizzate di taglio e manipolazione del pollame. In questo caso, la presa della carne o delle ossa, o anche il punto in cui la pinza afferra il pollo, fa una grande differenza nel risultato finale. L’utilizzo di pinze che si adattano alla forma è la chiave per un buon taglio. I nostri ingegneri saranno lieti di collaborare con voi per implementare utensili personalizzati nelle pinze.

Preparazione del prodotto in più fasi

Ci sono alcuni compiti in cui la carne incontra altri prodotti, come la preparazione di panini, hamburger o pasti interi. La preparazione di un hamburger nei fast food richiede una presa buona e flessibile. Probabilmente conoscete i robot che preparano i pasti in una vetrina? Un caso del genere viene discusso negli esempi applicativi che seguono.

Linee di confezionamento primario vs linee di confezionamento secondario

L’imballaggio primario si differenzia in modo significativo dall’imballaggio secondario. Innanzitutto, le linee di confezionamento primario hanno lo spiacevole effetto collaterale del contatto diretto con gli alimenti tra il prodotto e la pinza del robot. Come abbiamo già detto, i SoftGripper sono all’altezza del compito e si comportano bene in questo tipo di ambiente, a condizione che i cicli di pulizia siano conformi. Il confezionamento secondario è molto meno impegnativo per le attrezzature utilizzate, poiché spesso non è richiesto il contatto diretto con gli alimenti. Ad esempio, quando le confezioni sigillate sottovuoto sono inserite in cartoni, non c’è contatto diretto con gli alimenti. In questo caso, però, la struttura e la sensazione dell’oggetto cambiano e devono essere prese in considerazione. Questo può rendere più difficile il confezionamento perché i punti in cui le dita faranno presa non sono evidenti, soprattutto nel caso di prodotti grezzi che tendono a piegarsi. Ma quando si confeziona carne congelata, l’automazione è ancora più semplice. Ricordate che le dita SoftGripping possono essere utilizzate anche su superfici ghiacciate, a condizione che i tempi di ciclo e l’ambiente non portino alla completa formazione di ghiaccio.

La presa robotica della carne con softgripping, cosa cercare?

Per farla breve: le soluzioni di presa morbida per le dita si basano su un design igienico e su un buon adattamento al prodotto. Ciò significa il giusto numero di ganasce, il giusto posizionamento delle dita del robot, angoli importanti per un’ampia distribuzione delle dimensioni del prodotto e, naturalmente, la giusta flangia del robot, che può variare a seconda del robot che si desidera utilizzare nel sistema di automazione.

Anche la pneumatica è importante. Abbiamo detto che l’alimentazione dell’aria non deve creare contatto, quindi cercate un controllore posizionato all’esterno del corpo e linee pneumatiche che corrono a una distanza relativamente breve dalla pinza per rendere il processo di presa il più veloce possibile. Per noi è importante rispettare le specifiche di pressione per le dita del robot. Il modo più semplice per farlo è utilizzare il nostro controllore pneumatico e impostare la pressione sul valore desiderato. Finché non si supera la pressione massima, tutto va bene, ma non tutte le applicazioni richiedono la pressione massima. Questo deve essere deciso caso per caso. Una pressione troppo elevata potrebbe risultare troppo dura per il prodotto, mentre è necessario raggiungere una pressione minima per garantire una buona presa del prodotto. Di solito c’è un intervallo di pressione con cui lavorare, a seconda dei distanziali o degli altri strumenti utilizzati.

I nostri esempi di macchine robotizzate per la manipolazione e il confezionamento della carne

Abbiamo discusso molti casi d’uso piuttosto generici e non possiamo presentarli tutti in un breve articolo, ma possiamo selezionare alcuni esempi che i nostri ingegneri ritengono rappresentino adeguatamente la gamma di applicazioni. Molte di queste applicazioni riguardano le parti di pollo, come esempio principale, ma anche attività come l’attrazione di catene alimentari troveranno spazio in questo elenco (anche se al momento mancano dai 3 ai 10 anni prima che si diffonda in tutte le catene di fast food conosciute).

Bacchette di pollo

Cominciamo con una delle applicazioni più note nella lavorazione automatizzata della carne: il prelievo e il posizionamento delle cosce di pollo. A prima vista sembra semplice, ma per le pinze convenzionali l’asimmetria e la pelle di pollo causerebbero molti problemi. La presa intorno alla carne è importante per mantenere l’equilibrio. Una leggera tendenza a stringere vicino al centro della massa può aiutare la stabilizzazione. Soprattutto, la pressione sulle dita deve essere regolata per garantire che la pelle del pollo rimanga in posizione durante il ciclo pick-and-place. Ciò che facilita il compito rispetto ad altri tagli di carne è l’osso all’interno della gamba, dove la pinza può trattenere bene il pezzo di carne.

Configurazione della pinza consigliata per la manipolazione robotizzata di bacchette di pollo

A causa della distribuzione non uniforme del peso della coscia di pollo e della forma irregolare del prodotto, si consiglia una pinza più lunga e parallela, in alcuni casi con dita frontali per la stabilizzazione. Le dimensioni e la distribuzione del peso non sono un problema, ma il movimento della pelle rappresenta una sfida per la standardizzazione dei processi. Pertanto, si consiglia di utilizzare più di 4 dita per massimizzare la superficie di contatto con una bassa pressione dell’aria di 0,7 bar sulle dita stesse. In modo ottimale, una pinza sufficientemente larga per afferrare la coscia di pollo senza toccare e muovere la pelle quando il braccio del robot viene abbassato per iniziare il processo di presa. È meglio abbassare il braccio del robot il più possibile, in modo che le dita possano afferrare la parte inferiore della zampa di pollo.

Manipolazione automatizzata di filetti e filetti

Abbiamo scelto il filetto di petto di pollo come buon esempio di tagli di carne da lavorare automaticamente. Naturalmente, i risultati possono variare a seconda della tenerezza della carne e della forma del taglio e quindi della distribuzione del peso nel pezzo. Si tratta di parametri importanti quando si passa dal pollo al manzo o al maiale. Nella fattispecie, vengono manipolati pezzi piuttosto grandi e di buona altezza, in modo che una mano umana o robotica possa raccoglierli facilmente. I pezzi più piatti e larghi, invece, sono più difficili da gestire. In questo caso, fino a una certa dimensione, può essere utile premere i pezzi contro un distanziatore invece di farli scivolare nelle dita della pinza. Oltre alle dimensioni dei pezzi e alle condizioni di raffreddamento, è necessario osservare attentamente anche la marinata utilizzata.

Configurazione della pinza consigliata per la manipolazione dei filetti

Per i pezzi lunghi di filetto, si consiglia una pinza parallela con dita distribuite in modo da adattarsi al pezzo di filetto più grande. Nel nostro esempio, è stata utilizzata una pinza parallela a 8 dita con le dita uniformemente distanziate per ridurre al minimo i cedimenti. Un leggero angolo di 10° tra le dita ha permesso di afferrare una gamma più ampia di filetti. In questo modo, è stato possibile gestire ad alta velocità una variazione naturale da 30 mm a 130 mm di larghezza dei filetti. Una pressione di ~0,8 bar è stata sufficiente a fornire una buona presa su pezzi da 400 g con un’altezza minima di 40 mm. Per i pezzi più sottili è stata necessaria una pressione leggermente inferiore per ridurre al minimo l’arricciamento. Una leggera angolazione nella posizione delle dita significa anche che lo spazio richiesto è inferiore a quello necessario se le dita devono essere distanziate durante la presa e il rilascio.

Manipolazione robotizzata delle polpette

Il video mostra un caso di studio con polpette realizzate con impasto crudo. Il comportamento è solitamente simile, con solo un leggero spostamento verso le dimensioni del macinato in questione. Troppa pressione e si sgretolano. Troppa poca pressione? Non hanno più una buona presa. Provare le condizioni giuste è stato un buon test per le nostre pinze e un buon passo avanti per i nostri partner.

Configurazione robotica consigliata per la manipolazione delle polpette

Le polpette sono disponibili in diverse varianti: con pura carne, con un’alta percentuale di pasta o, in alcuni casi, anche con il riso come base. Nel nostro esempio video, abbiamo scelto una palla di pasta per simulare la polpetta, in modo che possiate farvi un’idea di come si svolge il processo. In questo caso, una pinza centrica con una pressione di 0,6 bar e 6 dita va bene per dimensioni di 50 mm o superiori di diametro. Per le taglie più piccole, è preferibile una pinza SoftGripper centrata con 4 dita. Secondo i nostri risultati, non conta il peso, ma piuttosto la struttura della polpetta. Ricordate che la manipolazione dell’impasto e delle polpette è più facile quando il prodotto in questione è ancora congelato o ha una temperatura di raffreddamento di circa 6 °C. In questo modo le polpette e le palline di pasta sono sode e il processo di presa è più facile da automatizzare. Le temperature più basse sono comuni nel confezionamento degli alimenti e in particolare nelle soluzioni di confezionamento della carne.

Macchine per il confezionamento primario di salsicce

Le salsicce lunghe, ma piuttosto leggere, hanno bisogno di una presa gentile e di un fissaggio in almeno due punti di contatto per evitare la torsione e per assicurarsi che l’attrezzatura di confezionamento le posizioni in linea retta per ridurre l’ingombro nell’imballaggio di plastica.

La pinza perfetta per la manipolazione delle salsicce

I nostri risultati dimostrano che una pinza parallela a 4 dita è sufficiente per gestire salsicce di diverse lunghezze. 0,7 bar di pressione assicurano una buona presa, mentre è possibile utilizzare un distanziatore per migliorare la stabilità del processo. Per quanto riguarda l’angolo delle pinze, 0° è una buona scelta, dato che non c’è varietà di prodotti e le soluzioni di prelievo e confezionamento traggono vantaggio dalla precisione nel collocare le salsicce nella confezione.

Preparazione dell'hamburger Cobot

Questo è forse l’esempio più evidente di automazione sui social media: un robot che prepara un intero pasto. Che si tratti di un pasto da fast food o di qualcosa di più sofisticato. In questo caso, la pinza deve essere in grado di gestire diversi tipi di prodotti completamente diversi: da un panino alla carne, a una foglia di lattuga dalla forma piuttosto strana e di nuovo al panino. È un’ampia varietà da tenere in considerazione. Questo porta a tre possibili approcci:

1. Utilizzare più robot per compiti specifici. Questo accelera la preparazione dei pasti, ma richiede un investimento maggiore e, soprattutto, più spazio nei ristoranti in cui lo spazio è un fattore importante.
2. Utilizzare un robot con una stazione di cambio utensile e utensili di fine braccio dedicati per compiti specifici. A prima vista può sembrare vantaggioso, ma un cambio automatico di utensili in un ambiente di preparazione dei cibi può causare problemi di igiene e, soprattutto, il cambio di utensili tra un'attività e l'altra richiede molto tempo ed è inefficiente, anche se l'allestimento è esposto per la gioia dei clienti.
3. Sviluppare uno strumento di fine braccio in grado di gestire tutti i compiti richiesti. Ciò può essere fatto collegando più utensili al robot in un EoAT o una pinza flessibile in grado di gestire tutte le parti. Questa è la via del SoftGripping! Le nostre dita avvolgono delicatamente panini, polpette e persino foglie di lattuga. Quando si prende una pila di questi prodotti e la si posiziona sotto un distributore di condimenti (ketchup, maionese, ecc.), si può essere certi che tutti i pezzi verranno lavorati in una sola volta.

Configurazione automatizzata consigliata per la preparazione degli hamburger

Nella nostra configurazione, abbiamo scelto una SoftGripper a 4 dita con una pinza grandangolare. In una configurazione cobot, non è la velocità a essere cruciale, ma la capacità di gestire tutti gli oggetti con un’unica pinza flessibile. Utilizzando un regolatore pneumatico variabile, è possibile impostare una pressione individuale per ogni articolo. Mentre i panini e le polpette richiedono una pressione maggiore, la stessa pressione farebbe sbriciolare la lattuga. Pertanto, è sufficiente un tocco leggero per raccogliere la lattuga e posizionarla sul panino.

Contatto

Saremo lieti di metterci in contatto con voi! Facciamo una breve chiacchierata e scopriamo come automatizzare la vostra applicazione. I nostri ingegneri convalideranno la vostra applicazione e vi forniranno materiale di prova sotto forma di video, immagini e whitepaper:

Sull'autore

Sergey Stepanyuk

"È sempre più difficile trovare personale che smisti le carni in sale di lavoro fredde e sterili. È ora di abituarsi alla lavorazione robotizzata della carne".