Progettazione funzionale di sistemi meccanici e meccatronici.

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Gilberta Bonelli
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1 Progettazione funzionale di sistemi meccanici e meccatronici. Progetto d anno: Linea Confezionamento 4dof A.A. 2010/2011 Progettazione Funzionale di Sistemi Meccanici e Meccatronici Sistema di confezionamento per prodotti dolciari a 4 gradi di libertà Dipartimento di Progettazione e Tecnologie Mechatronics and Mechanical Dynamics Labs prof. Paolo Righettini Linee guida per lo sviluppo del progetto 4 Aprile 2011 PFSMKT-PA-CONFTL R01

2 Sistema di confenzionamento a 4 gradi di libertà INDICE Indice 1 Introduzione 1 2 Specifiche di progetto 3 Indirizzo Università di Bergamo Facoltà di Ingegneria Laboratorio di Meccatronica e Mechanical Dynamics Via Stezzano, 87 Bergamo Autori prof. Paolo Righettini paolo.righettini@unibg.it tel: fax:

Section 1 Introduzione 1 1 Introduzione Nell industria del confezionamento o del packaging in generale si ha sovente il problema di dover introdurre prodotti generici in vassoi, confezioni e scatole

3 Section 1 Introduzione 1 1 Introduzione Nell industria del confezionamento o del packaging in generale si ha sovente il problema di dover introdurre prodotti generici in vassoi, confezioni e scatole di trasporto o vendita. Tale operazione in funzione della dimensione e quindi del grado di automazione dell azienda può essere eseguita in modo manuale per mezzo di operatori o in modo automatico. Tipica è la situazione di impacchettamento di prodotti che giungono in modo casuale da un nastro trasportatore e che devono essere inseriti su vassoi che si trovano su un secondo nastro trasportatore. Nel caso in esame si consideri l operazione di inscatolamento dei cioccolatini che dopo essere stati sfornati, vengono riposti alla rinfusa su un nastro trasportatore. L obiettivo è quello di realizzare un sistema robotico automatico di inserimento del cioccolatino all interno di vassoi. I sistemi robotici presenti nelle macchine automatiche per il confezionamento di prodotti alimentari prendono il nome di: top loader: caricatore dall alto; l operazione che viene svolta è principalmente quella di pick and place secondo una traiettoria verticale con inserimento dall alto del prodotto nella scatola. Permette generalmente l impilaggio di più prodotti uno sopra all altro (in figura 1 è riporta una linea di confezionamento con due stazioni dotate di toploader di tipo parallelo Delta) Figura 1: Linea di confezionamento con Top loader Delta mono packer: impacchettatore monoprodotto. È il caso dello stesso prodotto che deve essere inserito in una precisa posizione sul vassoio di vendita assortment packer: impacchettatore prodotto assortito. con più prodotti diversi presenti. È il caso dei vassoi Le linee di confezionamento sono generalmente composte da più stazioni di impacchettamento poste una in serie all altra. Nel caso del monoprodotto è tipica la seguente configurazione:

2 Sistema di confenzionamento a 4 gradi di libertà Figura 2: Linea di confezionamento monopacker Figura 3: Linea di confezionamento assortment packer un unico nastro trasportatore, dotato di velocità

percorrenza opposto rispetto al precedente che portano i vassoi preformati (dotati anch essi di velocità continua e uniforme); una o più stazioni di manipolatori robotici che effettuano la presa e il

4 2 Sistema di confenzionamento a 4 gradi di libertà Figura 2: Linea di confezionamento monopacker Figura 3: Linea di confezionamento assortment packer un unico nastro trasportatore, dotato di velocità continua e uniforme, che porta i cioccolatini disposti in modo casuale, sia per posizione che per orientamento; uno o due nastri trasportatori paralleli, disposti lateralmente e con verso di percorrenza opposto rispetto al precedente che portano i vassoi preformati (dotati anch essi di velocità continua e uniforme); una o più stazioni di manipolatori robotici che effettuano la presa e il deposito di un singolo cioccolatino per volta in una generica ma ben definita posizione sul vassoio; La singola stazione robotica è costituita da un sistema di visione in grado di stabilire la posizione trasversale (rispetto alla direzione di avanzamento del nastro) e l orientamento del prodotto e da un manipolatore a più gradi di libertà che esegue l impacchettamento vero e proprio. Un sistema di controllo è poi in grado di gestire le varie stazioni al fine di riempire il flusso di vassoi uscente sui nastri secondari e di terminare (sull ultima stazione) il flusso di prodotto entrante sul nastro principale. Analizzando i 4 gradi di libertà del manipolatore robotico presente, si hanno:

Section 2 Specifiche di progetto 3 Figura 4: Sistema di visione per riconoscimento posizione e orientamento prodotto 2 gradi di liberta traslazionali (X e Y) nel piano orizzontale per la posizione di

diverse del nastro di entrata e di quello (quelli) di uscita.

5 Section 2 Specifiche di progetto 3 Figura 4: Sistema di visione per riconoscimento posizione e orientamento prodotto 2 gradi di liberta traslazionali (X e Y) nel piano orizzontale per la posizione di presa e deposito del prodotto 1 rotazione lungo l asse Z per l orientazione del prodotto 1 movimento verticale lungo Z per il sollevamento e il deposito del prodotto che può avvenire per quote diverse del nastro di entrata e di quello (quelli) di uscita. Nel caso del vassoio assortito si ha un nastro di uscita del vassoio riempito e un numero di nastri trasportatori posti ortogonalmente al precedente pari alla varietà di cioccolatini presenti in ogni vassoio. Una singola stazione di impacchettamento tratta un solo o al massimo due prodotti diversi, cioè in ogni stazione arrivano uno o al massimo due nastri trasportatori di prodotti distinti. 2 Specifiche di progetto Si richiede: definizione della traiettoria di progetto ottimizzazione della lunghezza delle aste del robot manipolatore e della posizione della cerniera a terra definizione della tipologia delle trasmissioni per garantire i 4 GDL utilizzando motorizzazioni a terra analisi dinamica per la scelta dei rapporti di trasmissione e della taglia della motorizzazione disegno della soluzione adottata Le dimensioni dell impianto, del vassoio e del prodotto considerati sono quindi (figure 6, 7 e 5):

6 4 Sistema di confenzionamento a 4 gradi di libertà Dimensioni prodotto a x b 50 x 40 mm Dimensioni vassoio A x B 300 x 200 mm Volume di lavoro d x c x e 800 x 500 x 100 mm Dimensioni nastro principale L1 x h1 750 x 750 mm Dimensioni nastro laterale L2 x h2 300 x 800 mm Distanza nastri e 650 mm Velocità massima nastro principale V1 0.2 m/s Velocità massima nastro secondario V2 0.4 m/s Tempo ciclo (cond. peggiori) T 1 s Tabella 1: Specifiche di progetto Figura 5: Dimensioni prodotto e vassoio Figura 6: Vista frontale dell impianto

7 Section 2 Specifiche di progetto 5 Figura 7: Vista in pianta dell impianto

8 6 Sistema di confenzionamento a 4 gradi di libertà

9 Progetti d anno Progetti d anno del corso di Progettazione Funzionale di Sistemi Meccanici e Meccatronici - prof. Paolo Righettini

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