증류 공정에서 산업용 로봇 시스템 연구

사례 연구

고객 상하이 자오퉁 대학교

측정 범위

적용 산업용 로봇, 증류 로봇, 학습, 머신 러닝

분석 대상 기계 작업자가 사용하는 팬

사용 장비

중국의 천년 술 생산 역사를 통틀어 전통적인 양조 공정은 지속적으로 개선되었다. 이 과정에서 사용되는 기구는 레토르트(Retort)로 알려져 있으며 원래는 찜 도구로 개발되었다. 레토르트 증류 과정에서 원료가 레토르트 포트에 한 겹으로 고르게 퍼지면서 증기가 바닥에서 위로 균일하게 흐르도록 한다. 그런 다음 알코올은 레토르트에서 증류되어 수집된다.

주류 생산의 주요 단계인 레토르트 공정은 생산된 주류의 수율과 품질을 직접적으로 결정한다. 현재 대부분의 양조장에서 레토르트 공정에는 여전히 상당한 수작업이 필요한다. 일반적으로 35분에서 40분이 소요되는 이 시간 동안 작업자는 삽질과 살포 작업을 수십만 번 반복하여 총 2톤이 넘는 자재를 처리해야 한다.

고정밀, 고하중 산업용 로봇의 등장으로 증류 공정에서 산업용 로봇이 육체 노동을 대체할 수 있게 되었다. 기존 로봇은 원료를 레토르트에 고르게 쌓도록 설계된 미리 결정된 명령에 따라 작업을 수행한다. 그러나 경우에 따라 로봇의 동작 범위의 제한으로 인해 이 작업이 어려워진다.

수동 증류 프로세스를 가능한 한 가깝게 에뮬레이션하기 위해 Shanghai Jiaotong University의 연구원들은 수동 증류 작업을 분석한 후 증류 프로세스용 로봇 시스템을 설계했다. 연구원들은 증류 현장에 NOKOV 광학 모션 캡처 카메라 6대를 배치하고 쓰레받기에 3개의 반사 마커를 부착하고 이 마커를 사용하여 쓰레받기의 움직임과 궤적을 기록했다.

수작업은 레토르트 재료를 퍼뜨리는 동안 완벽한 일관성을 얻을 수 없기 때문에 연구원들은 B-스플라인 곡선 가우스 모델을 기반으로 하는 가마솥 공급 궤적에 대한 일반화된 알고리즘을 제안했다. NOKOV 모션 캡처 시스템에서 수집한 정보는 이 일반화된 모델로 가져오기 위해 증류 과정에서 쓰레받기의 궤적을 얻는다.

일반화가 확립된 후 연구자들은 작업 영역을 분할하고 각 영역에 필요한 패닝 궤적을 계산하고 로봇 레토르트 시스템을 설계했다. 이 시스템은 6방향 산업용 관절 암을 사용하며 가마솥 공급의 유량을 제어할 수 있는 엔드 호퍼 메커니즘이 장착되어 있다.

각 영역의 최대 속도와 호퍼 메커니즘에서 서보 모터의 성능을 계산함으로써 연구진은 수동 노동의 결과를 가깝게 모방한 자율 레토르트 작동을 확립했다.

참조：

[1] Yang Yi，Wang Hongbin，Zhang Liyin，et al.Ｒobot operation systemfor caldron feeding in traditional distillation of Chinese liquor［J］. Science Technology and Engineering，2021，21( 36) : 15516-15528.