白酒上甑工艺工业机器人系统研究

在中国千年的白酒发展历史中，传统的酿造工艺不断在保留中创新发展。甑其实是我国古代的蒸食用具，在白酒上甑过程中，甑料被一层层均匀铺到甑锅内，保证在不跑汽不压汽的前提下，使蒸汽从底部一层一层往上渗透，蒸馏出酒甑中的酒精。

图1-上甑过程

上甑工艺作为酿酒过程中的核心环节，直接决定出酒率和白酒品质。目前大多数白酒酒厂中，上甑过程仍需要大量人工完成，在35～40min的工艺过程中工人们往往要重复成百上千次铲料、铺料的动作，搬运的甑料总质量超过2t。

图2-工人使用簸箕上甑现场及簸箕运动轨迹

随着高精度、高负载工业机器人的发展，工业机器人替代人工完成上甑过程成为了可能。现有的酿造上甑机器人往往按照预定轨迹执行，根据铺满每层甑料设计铺料结构，但在部分区域由于姿态限制难以完成漏气补料任务，与人工上甑工艺区别较大。

为了在上甑工艺环节尽可能接近人工手法，保证人工工艺的传承，上海交通大学的研究人员分析了上甑师傅典型的作业手法，设计一套面向上甑工艺的机器人作业系统。研究人员在上甑现场布置了6台NOKOV度量光学动作捕捉镜头，在簸箕的边缘粘贴三个反光标识点，通过跟踪反光标识点来采集上甑过程中簸箕的空间运动轨迹，对人工上甑过程进行动作数据采集，作为原始示教轨迹。

图3-工作空间俯视图

由于人工操作没法实现每次上甑铺洒动作完全一致，研究人员提出一种基于样条曲线-高斯概率模型的上甑轨迹泛化编码算法，将NOKOV度量动作捕捉系统采集到的现场上甑示教轨迹导入泛化模型，得到工人上甑工艺在空间中的轨迹特征。

图4-上甑机器人工作实景

之后研究人员对上甑区域进行了分割，计算每个区域的铺洒轨迹，并设计了上甑机器人作业系统。作业系统由六轴工业机器人作为执行器，搭载甑料流速可控的末端料斗机构。

图5-上甑机器人工作空间三维视图

通过计算在每个区域的最大速度，结合料斗机构的伺服性能，制定上甑作业的控制策略，最终实现了接近人工上甑工艺的效果。

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参考文献：[1]杨艺,王宏彬,张栗寅,刘超,盛鑫军.面向上甑工艺的机器人作业系统研究[J].科学技术与工程,2021,21(36):15516-15528.