La carne è un oggetto morbido di forma irregolare, tra i più difficili da afferrare e lavorare. Il costruttore giapponese di macchine alimentari Mayekawa è riuscito ad automatizzare la operazione del disossamento impiegando nella cella tre robot a sei assi di Stäubli.
La carne è un oggetto morbido di forma irregolare, tra i più difficili da afferrare e lavorare. Il costruttore giapponese di macchine alimentari Mayekawa è riuscito ad automizzare la operazione del disossamento impiegando nella cella tre robot a sei assi di Stäubli.
Un nuovo sistema completamente automatizzato che impiega circa 40 secondi per disossare l’osso iliaco e il coccige dalla coscia di maiale. Grazie soprattutto al lavoro di tre robot: due di loro posizionano la carne, il terzo guida il coltello. Questa applicazione innovativa è stata realizzata dall’azienda giapponese di macchinari industriali Mayekawa. Nel cuore della cella di disossamento sono i impiegati i robot altamente dinamici Stäubli HE (Hygienic Design).
I macelli sono un ambiente difficile anche per i robot
Uno dei compiti principali della robotica è sollevare gli esseri umani da attività fisicamente impegnative e gravose per la salute. In molti campi di applicazione, ad esempio nei processi di assemblaggio industriale, questo funziona molto bene. In altri, non ancora così bene, ad esempio nei macelli. Qui le condizioni ambientali per il personale sono davvero sfavorevoli (freddo, umidità) e il lavoro è estremamente faticoso e altamente ripetitivo. Finora, tuttavia, non è stato possibile automatizzarlo: ogni animale è diverso e la coordinazione occhio-mano del personale specializzato è stata indispensabile per il sezionamento degli animali. Ora questo può cambiare rapidamente.
Interazione fra tre robot
Il cuore della cella robotizzata CELLDAS è costituito da tre robot a sei assi Stäubli (TX2-60 HE e TX2-90 HE). Mentre due dei robot sono responsabili della movimentazione e del posizionamento delle porzioni di carne, il terzo robot a sei assi, dotato di un coltello, si occupa del disossamento. Qui c’è una “divisione del lavoro” intelligente: i due robot con pinze possono, ad esempio, fissare un prosciutto o una spalla in modo tale che il taglio sia più facile da gestire per il terzo robot.
L’elaborazione delle immagini e l’IA sostituiscono l’occhio umano
Come fa il robot a “sapere” dove fare i tagli e dove sono le ossa? “La funzione dell’occhio umano nel taglio manuale, insieme al feedback tattile che il personale percepisce quando incontra resistenza nella carne, è difficile da sostituire”, spiega Tatsuya Umino, sviluppatore di Mayekawa.
“Impieghiamo una combinazione di elaborazione delle immagini e intelligenza artificiale. Sulla linea di trasporto che porta alla cella robotizzata, la porzione di carne da disossare viene scansionata con uno scanner 3D e radiografata. Dall’analisi delle scansioni e delle immagini a raggi X, il sistema di controllo crea un piano meticoloso per il disosso con i percorsi di taglio ottimali. A tale scopo, il sistema si avvale dell’intelligenza artificiale che viene impiegata per ottenere la precisione dell’elaborazione delle immagini, una funzione importante per ottimizzare il percorso di taglio. In questo modo, il sistema CELLDAS diventa più intelligente mano a mano che ogni singola porzione di carne viene disossata”.
Nella cella robotizzata CELLDAS di Mayekawa, tre robot a sei assi Stäubli TX2-60 HE e TX2-90 HE lavorano fianco a fianco
Gli oggetti morbidi di forma irregolare (come la carne) rappresentano una sfida
Durante il processo del taglio i robot lavorano in modo altamente dinamico, con la massima precisione e con una coordinazione che si avvicina alla perfezione. I due robot coinvolti hanno strumenti di bloccaggio che afferrano la porzione di carne, ad esempio un prosciutto o una spalla, per l’osso. Nel caso di un prosciutto, il robot con l’utensile da taglio taglia abilmente i contorni attorno al coccige e alle ossa dell’anca, staccando così la carne dalle ossa. In combinazione con i robot di presa, sono possibili anche sottosquadri, ad esempio dietro l’osso dell’anca. La carne viene rimossa da uno dei due trasportatori, le ossa dall’altro.
Ciò che sembra così semplice nella descrizione è straordinariamente complesso nell’attuazione e nello sforzo. Dopotutto, la carne è un prodotto naturale e ogni prosciutto e ogni spalla hanno dimensioni diverse. Anche la posizione delle ossa all’interno e sulla carne deve essere determinata individualmente di volta in volta.
Inoltre, nel linguaggio della tecnologia dell’automazione, la carne è un “oggetto morbido di forma irregolare” che è di conseguenza difficile da afferrare e lavorare.
Requisiti specifici
Ci sono tre motivi principali per cui gli ingegneri di Mayekawa hanno scelto i robot Stäubli: i primi due sono evidenti, ma il terzo potrebbe essere meno immediato. Nella versione HE (Humid Environment) i robot a sei assi sono progettati fin dall’inizio per operare efficacemente in condizioni di umidità e bagnato, garantendo prestazioni dinamiche elevate anche su lunghi periodi di utilizzo.
Tutti i componenti del robot sono incapsulati ermeticamente, consentendo al robot di resistere ai getti di pulizia, essenziali nella lavorazione della carne per le routine igieniche quotidiane. Inoltre, la superficie esterna dei robot è priva di spazi morti, impedendo l’accumulo di batteri o altri contaminanti. Queste caratteristiche assicurano il rispetto dei più rigorosi standard di igiene.
Il secondo grande vantaggio dei robot Stäubli è la capacità illimitata di utilizzare olio alimentare di classe NSF-H1. Mentre la maggior parte dei robot può funzionare solo con prestazioni significativamente ridotte quando si utilizzano questi oli, i robot Stäubli sono approvati per l’uso con le massime prestazioni.
Sequenze di movimento e forza
Il terzo requisito importante deriva dal fatto che le sequenze di movimento e le forze durante il disossamento non possono essere previste nello specifico. Il coltello sul braccio del robot può colpire inaspettatamente le ossa della carne, può incastrarsi e allentarsi improvvisamente.
Questo è il caso dei robot Stäubli, perché la tecnologia di azionamento brevettata JCS, sviluppata internamente, offre riserve sufficienti in ogni situazione. Inoltre, gli azionamenti sono caratterizzati da un’elevata dinamica, una caratteristica importante quando il braccio del robot deve accelerare e decelerare con breve preavviso o esegue un rapido passaggio dal movimento in avanti a quello all’indietro.
Un altro vantaggio dei robot Stäubli citati da Tatsuya Umino è il software di programmazione flessibile, che può essere facilmente adattato a esigenze molto diverse. E può essere facilmente integrato in concetti di controllo di livello superiore: “In generale, l’intera cella è molto flessibile. Per esempio, se sono in atto i programmi appropriati, può passare dal prosciutto alla spalla e viceversa senza alcun tempo di cambio”.
Il disossamento dell’osso iliaco e del coccige di una coscia di maiale nella cella CELLDAS richiede circa 40 secondi. Un macellaio esperto non ha bisogno di più tempo, ma anche il breve tempo necessario per questo duro lavoro dà un’idea del motivo per cui questa attività dovrebbe essere automatizzata con urgenza. Le malattie professionali come la tendinite sono comuni per i lavoratori, così come i rischi per la salute del freddo e dell’umidità. Il fattore principale qui non è la velocità, ma la mancanza di personale disponibile e qualificato a svolgere questa particolare mansione spesso considerata poco desiderabile. Questo è esattamente ciò che fa il sistema CELLDAS.
Richieste da altri settori alimentari e non solo
La domanda è elevata non solo da parte dei produttori di carne, ma anche di altri settori dell’industria alimentare e non solo. Questo non sorprende, perché il compito di “lavorare oggetti morbidi di forma irregolare” non si limita alla rimozione della carne e nemmeno al cibo, sottolinea Tatsuya Umino: “Abbiamo ricevuto richieste anche da altre industrie, a cui possiamo rispondere positivamente. L’obiettivo di questo sviluppo non era solo il taglio automatizzato della carne, ma più in generale l’automazione della lavorazione di oggetti amorfi e morbidi con un sistema multiuso intelligente. Ci siamo riusciti”. È quindi del tutto possibile che il “trio di robot” di Stäubli venga utilizzato, nel prossimo futuro, in applicazioni ancora oggi sconosciute.
Tutte le foto ©Mayekawa MFG. Co., Ltd