在中國千年的白酒發展歷史中，傳統的釀造工藝不斷在保留中創新發展。甑其實是我國古代的蒸食用具，在白酒上甑過程中，甑料被一層層均勻鋪到甑鍋內，保證在不跑汽不壓汽的前提下，使蒸汽從底部一層一層往上滲透，蒸餾出酒甑中的酒精。
圖1-上甑過程
上甑工藝作為釀酒過程中的核心環節，直接決定出酒率和白酒品質。目前大多數白酒酒廠中，上甑過程仍需要大量人工完成，在35～40min的工藝過程中工人們往往要重複成百上千次鏟料、鋪料的動作，搬運的甑料總質量超過2t。
圖2-工人使用簸箕上甑現場及簸箕運動軌跡
隨著高精度、高負載工業機械人的發展，工業機械人替代人工完成上甑過程成為了可能。現有的釀造上甑機械人往往按照預定軌跡執行，根據鋪滿每層甑料設計鋪料結構，但在部分區域由於姿態限制難以完成漏氣補料任務，與人工上甑工藝區別較大。
圖3-nokov度量動作捕捉軟體畫面
為了在上甑工藝環節盡可能接近人工手法，保證人工工藝的傳承，上海交通大學的研究人員分析了上甑師傅典型的作業手法，設計一套面向上甑工藝的機械人作業系統。研究人員在上甑現場布置了6臺nokov度量光學動作捕捉鏡頭，在簸箕的邊緣貼上三個反光標識點，通過跟蹤反光標識點來採集上甑過程中簸箕的空間運動軌跡，對人工上甑過程進行動作資料採集，作為原始示教軌跡。
圖4-工作空間俯檢視
由於人工操作沒法實現每次上甑鋪灑動作完全一致，研究人員提出一種基於樣條曲線-高斯概率模型的上甑軌跡泛化編碼演算法，將nokov度量動作捕捉系統採集到的現場上甑示教軌跡匯入泛化模型，得到工人上甑工藝在空間中的軌跡特徵。
圖5-上甑機械人工作實景
之後研究人員對上甑區域進行了分割，計算每個區域的鋪灑軌跡，並設計了上甑機械人作業系統。作業系統由六軸工業機械人作為執行器，搭載甑料流速可控的末端料斗機構。
圖6-上甑機械人工作空間三維檢視
通過計算在每個區域的最大速度，結合料斗機構的伺服效能，制定上甑作業的控制策略，最終實現了接近人工上甑工藝的效果。
技術專題 | 動作捕捉系統用於模仿學習
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[1]楊藝,王巨集彬,張栗寅,劉超,盛鑫軍.面向上甑工藝的機械人作業系統研究[j].科學技術與工程,2021,21(36):15516-15528.
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