The aim of this thesis work is the experimental evaluation of a robotic polishing process for leather footwear. The project consists in identifying the key points of polishing and analyzing the errors that are encountered. Robots were seen in the past as futuristic objects but nowadays, thanks to industry 4.0 and strong technological development, robots have become part of everyday life. The latest generation of robotics has produced the so-called "cobots" or collaborative robots. As the name itself implies, the cobot collaborates with humans during work, leading to greater production without replacing the worker / employee. Cobots can be used in a wide range of sectors but one of the most benefited is the footwear industry. The cobot collaborates with man both in the production of the shoe and in the polishing of the finished product, in total safety, improving only manual work. To carry out the experiments, the robot from Universal Robots was chosen, with an 850 mm radius of action. This feature guarantees him a large and powerful workspace capable of satisfying any type of procedure. We have evaluated and defined the various steps of the robot arm in polishing on various leather specimens. The robot arm moves on the specimen through points previously defined on the teach pendant, it is also possible to define more points and create a coil in order to analyze the positive and negative effects of polishing on the skin. The robot moves thanks to the degrees of freedom as each joint defines a degree of freedom. In our case we have six joints and therefore 6 degrees of freedom, ie 3 translations and 3 rotations. To define each point of the robot arm on the workspace we use direct and inverse kinematics. The head is connected to a spring, inserted in the final effector of the robot and is soaked in polish. This can be small or large, and can be used with two different types of motion: motion 1 is on itself, while motion two is with the planetary gear. Robotized polishing mimics manual polishing in all the steps that are in order: polish removal, polish unification, and real polishing on the skin by the head. All the polishing experiments were described in detail on an Excel file and the parameters were varied to reach an "ideal polishing". Collecting files allowed us to analyze and compare experiments in order to extract the best ones. In conclusion, our cobot improved manual polishing in terms of time and good polishing results were achieved. The process can be further optimized by modifying the amount of polish taken from the head and allowing it to perform more movements for longer in order to work more on the skin. Finally, to have an optimal shine it is essential to know that you must have the right compromise between the leather to be worked and the polish taken. The collaborative robot facilitates and improves the manual tradition of polishing, taking a cue from it and replicating the work with great accuracy and precision, leading to a high quality finished product.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è la valutazione sperimentale di un processo di lucidatura robotizzata per calzature in pelle. Il progetto consiste nell'individuare i punti chiave della lucidatura e di analizzare gli errori che si incontrano. I robot erano visti in passato come oggetti futuristici ma al giorno d’oggi, grazie all'industria 4.0 e al forte sviluppo tecnologico, i robot sono entrati a far parte del quotidiano. L’ultima generazione della robotica ha prodotto i cosiddetti “cobot” ovvero robot collaborativi. Come dice il nome stesso, il cobot collabora con l’uomo durante il lavoro portando ad una maggiore produzione senza sostituire l'operaio/addetto. I cobot possono essere impiegati in un’ampia gamma di settori ma uno dei più beneficiati è quello Calzaturiero. Il cobot va a collaborare con l’uomo sia nella produzione della calzatura, che nella lucidatura del prodotto finito, in totale sicurezza migliorando il lavoro unicamente manuale. Per effettuare gli esperimenti e stato scelto il robot della Universal Robots, 850 mm di raggio d'azione. Questa caratteristica gli garantisce un workspace ampio e potente in grado di soddisfare ogni tipo di procedimento. Abbiamo valutato e definito i vari passaggi del braccio robot nella lucidatura su vari provini di pelle. Il braccio robot si muove sul provino tramite dei punti definiti in precedenza sul teach pendant, è possibile anche definire più punti e realizzare una serpentina in modo da analizzare gli effetti positivi e negativi della lucidatura sulla pelle. Il robot si muove grazie ai gradi di libertà in quanto ogni giunto definisce un grado di libertà. Nel nostro caso abbiamo sei giunti e pertanto 6 gradi di libertà cioè 3 traslazioni e 3 rotazioni. Per definire ogni punto del braccio robot sul workspace usiamo la cinematica diretta e inversa. La testina e collegata ad una molla, inserita nell’effettore finale del robot e viene imbevuta di lucido. Questa può essere piccola o grande, e può essere usata con due differenti tipi di moto: il moto 1 è su sé stessa, mentre nel moto due è con il rotismo epicicloidale. La lucidatura robotizzata va a mimare la lucidatura manuale in tutti gli step che sono in ordine: prelievo lucido, unificazione lucido, e lucidatura vera e propria sulla pelle ad opera della testina. Tutte gli esperimenti di lucidatura sono stati descritti in dettaglio su file Excel ed i parametri sono stati variati per giungere ad una “lucidatura ideale”. La raccolta di file ci ha permesso di analizzare e confrontare gli esperimenti in modo da estrarne i migliori. In conclusione, il nostro cobot ha migliorato la lucidatura manuale in termini di tempo e sono stati raggiunti buoni risultati di lucidatura. Il processo può essere ancora ottimizzato andando a modificare quantità di lucido prelevata dalla testina e permettendo a questa di compiere più movimenti per più tempo in modo da lavorare maggiormente la pelle. Infine, per avere una lucentezza ottimale è fondamentale sapere che si deve avere un giusto compromesso tra la pelle che deve essere lavorata ed il lucido prelevato. Il robot collaborativo facilita e migliora la tradizione manuale della lucidatura, prendendo spunto da questa e replicando il lavoro con grande accuratezza e precisione, portando ad un prodotto finito di alta qualità

Valutazione sperimentale di un processo di lucidatura robotizzata per calzature in pelle

CENTANNI, GIANLUCA
2020/2021

Abstract

The aim of this thesis work is the experimental evaluation of a robotic polishing process for leather footwear. The project consists in identifying the key points of polishing and analyzing the errors that are encountered. Robots were seen in the past as futuristic objects but nowadays, thanks to industry 4.0 and strong technological development, robots have become part of everyday life. The latest generation of robotics has produced the so-called "cobots" or collaborative robots. As the name itself implies, the cobot collaborates with humans during work, leading to greater production without replacing the worker / employee. Cobots can be used in a wide range of sectors but one of the most benefited is the footwear industry. The cobot collaborates with man both in the production of the shoe and in the polishing of the finished product, in total safety, improving only manual work. To carry out the experiments, the robot from Universal Robots was chosen, with an 850 mm radius of action. This feature guarantees him a large and powerful workspace capable of satisfying any type of procedure. We have evaluated and defined the various steps of the robot arm in polishing on various leather specimens. The robot arm moves on the specimen through points previously defined on the teach pendant, it is also possible to define more points and create a coil in order to analyze the positive and negative effects of polishing on the skin. The robot moves thanks to the degrees of freedom as each joint defines a degree of freedom. In our case we have six joints and therefore 6 degrees of freedom, ie 3 translations and 3 rotations. To define each point of the robot arm on the workspace we use direct and inverse kinematics. The head is connected to a spring, inserted in the final effector of the robot and is soaked in polish. This can be small or large, and can be used with two different types of motion: motion 1 is on itself, while motion two is with the planetary gear. Robotized polishing mimics manual polishing in all the steps that are in order: polish removal, polish unification, and real polishing on the skin by the head. All the polishing experiments were described in detail on an Excel file and the parameters were varied to reach an "ideal polishing". Collecting files allowed us to analyze and compare experiments in order to extract the best ones. In conclusion, our cobot improved manual polishing in terms of time and good polishing results were achieved. The process can be further optimized by modifying the amount of polish taken from the head and allowing it to perform more movements for longer in order to work more on the skin. Finally, to have an optimal shine it is essential to know that you must have the right compromise between the leather to be worked and the polish taken. The collaborative robot facilitates and improves the manual tradition of polishing, taking a cue from it and replicating the work with great accuracy and precision, leading to a high quality finished product.
2020
2022-02-25
Experimental evaluation of a robotic polishing process for leather footwear
Lo scopo di questo lavoro di tesi è la valutazione sperimentale di un processo di lucidatura robotizzata per calzature in pelle. Il progetto consiste nell'individuare i punti chiave della lucidatura e di analizzare gli errori che si incontrano. I robot erano visti in passato come oggetti futuristici ma al giorno d’oggi, grazie all'industria 4.0 e al forte sviluppo tecnologico, i robot sono entrati a far parte del quotidiano. L’ultima generazione della robotica ha prodotto i cosiddetti “cobot” ovvero robot collaborativi. Come dice il nome stesso, il cobot collabora con l’uomo durante il lavoro portando ad una maggiore produzione senza sostituire l'operaio/addetto. I cobot possono essere impiegati in un’ampia gamma di settori ma uno dei più beneficiati è quello Calzaturiero. Il cobot va a collaborare con l’uomo sia nella produzione della calzatura, che nella lucidatura del prodotto finito, in totale sicurezza migliorando il lavoro unicamente manuale. Per effettuare gli esperimenti e stato scelto il robot della Universal Robots, 850 mm di raggio d'azione. Questa caratteristica gli garantisce un workspace ampio e potente in grado di soddisfare ogni tipo di procedimento. Abbiamo valutato e definito i vari passaggi del braccio robot nella lucidatura su vari provini di pelle. Il braccio robot si muove sul provino tramite dei punti definiti in precedenza sul teach pendant, è possibile anche definire più punti e realizzare una serpentina in modo da analizzare gli effetti positivi e negativi della lucidatura sulla pelle. Il robot si muove grazie ai gradi di libertà in quanto ogni giunto definisce un grado di libertà. Nel nostro caso abbiamo sei giunti e pertanto 6 gradi di libertà cioè 3 traslazioni e 3 rotazioni. Per definire ogni punto del braccio robot sul workspace usiamo la cinematica diretta e inversa. La testina e collegata ad una molla, inserita nell’effettore finale del robot e viene imbevuta di lucido. Questa può essere piccola o grande, e può essere usata con due differenti tipi di moto: il moto 1 è su sé stessa, mentre nel moto due è con il rotismo epicicloidale. La lucidatura robotizzata va a mimare la lucidatura manuale in tutti gli step che sono in ordine: prelievo lucido, unificazione lucido, e lucidatura vera e propria sulla pelle ad opera della testina. Tutte gli esperimenti di lucidatura sono stati descritti in dettaglio su file Excel ed i parametri sono stati variati per giungere ad una “lucidatura ideale”. La raccolta di file ci ha permesso di analizzare e confrontare gli esperimenti in modo da estrarne i migliori. In conclusione, il nostro cobot ha migliorato la lucidatura manuale in termini di tempo e sono stati raggiunti buoni risultati di lucidatura. Il processo può essere ancora ottimizzato andando a modificare quantità di lucido prelevata dalla testina e permettendo a questa di compiere più movimenti per più tempo in modo da lavorare maggiormente la pelle. Infine, per avere una lucentezza ottimale è fondamentale sapere che si deve avere un giusto compromesso tra la pelle che deve essere lavorata ed il lucido prelevato. Il robot collaborativo facilita e migliora la tradizione manuale della lucidatura, prendendo spunto da questa e replicando il lavoro con grande accuratezza e precisione, portando ad un prodotto finito di alta qualità
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