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Il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e Produzione (DIMNP), presso l’Università di Pisa, da qualche anno sta affrontando il problema di afferraggio e manipolazione delle pelli nell’ottica delle problematiche che saranno elencate, cioè la pelle come un materiale unico, di dimensioni irregolari, flessibile e delicato. Questa prima analisi si basa appunto su questi studi, sviluppata in tesi precedenti a questa ed altre in corso di elaborazione.

La pelle è un materiale che presenta caratteristiche fisiche ben precise, non si può pensare di studiare dei sistemi per la movimentazione e la manipolazione della pelle, senza tenere presente le seguenti considerazioni:

a) Ogni essere vivente è unico nella sua specie, ragione per cui non possiamo aspettarci di dover lavorare in una catena di montaggio dove ogni processo si ripete basandoci sul fatto che l’oggetto da lavorare è uguale a quello di prima. I cuoi e le pelli differiscono nella loro struttura secondo il modo in cui l’animale ha vissuto, le malattie che ha avuto, il sesso, l’ età, ecc. quindi ogni animale ha una sua “cartella clinica” che ci da in parte le informazioni necessarie per sapere quale sarà la qualità del cuoio che si otterrà.

b) La costituzione della pelle, qualunque sia lo stato di conservazione in cui esso si trovi, è molto importante nel risultato finale del cuoio. Un buon cuoio si ottiene da una pelle con spessore uniforme, sana e di buona resistenza.

c) La pelle è un tessuto flessibile, quindi avrà una rigidezza diversa secondo la parte dell’animale interessata (collo, groppone, fianco; vedi ILJXUD), del tipo di animale, la sua età, ecc.

d) Le pelli hanno un range di dimensioni molto vasto e contorni irregolari, anche questo dipende dalla parte in esame e dal fatto che non esiste un animale uguale ad un altro.

e) La pelle è un prodotto molto delicato. In vita un animale richiede un’attenzione particolare, ogni danno che gli si procuri prima di essere soppresso, come i marchi di riconoscimento, comporta un difetto che sarà permanente anche nel cuoio ottenuto.

Questa particolare attenzione va mantenuta una volta ottenuta la pelle, questo perché la stessa può rovinarsi in seguito al contatto con altri oggetti che possono lasciare delle

impronte, ad esempio nella movimentazione delle pelli con sostegno a pinza (vedi ILJXUH

H).

Tutte queste considerazioni comportano un ostacolo per lo sviluppo di nuove tecnologie, in particolare modo a quello dell’ automazione dei processi di movimentazione delle pelli, come ad esempio le operazioni di carico e scarico dalle stazioni di lavoro e di trasferimento da una stazione di lavorazione ad un’ altra.

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Da quanto sposto nella fase introduttiva, la pelle subisce una fase di spaccatura, questa consiste nella divisione di una pelle in due strati (vedi ILJXUD), chiamati crosta e fiore. Una prima classifica per affrontare il problema dell’ afferraggio potrebbe essere la zona da dove verrà afferrata la pelle:

a) Afferraggio da lato fiore,

b) Afferraggio dal lato crosta, detto anche lato carne, c) Afferraggio dai bordi.

In una catasta posiamo trovare pelli di dimensioni differenti tra loro, i primi due modi sono affrontabili facendo una seconda classificazione, considerando una pelle estesa e tralasciando per il momento il problema della delicatezza e della flessibilità delle pelli, possiamo pensare di poter afferrare la pelle in due aree, come illustrato in ILJXUD:

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Area di sicurezza

Seconda Area

Pila di pelli vista dall’ alto

1.- la prima di queste, detta area centrale oppure area di sicurezza, è una superficie dove siamo certi di afferrare una sola pelle durante la manipolazione,

2.- la seconda è la superficie che delimita l’ intera catasta.

L’ ultimo modo d’ afferraggio è facilmente intuibile, basti pensare a della pinze che afferrano il bordo della pelle come mostrato in ILJXUD , e la posizionano su una catasta oppure su un nastro trasportatore.

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 3UREOHPDGHOO¶DIIHUUDJJLR

La pelle è un materiale flessibile molto delicato, questa può deteriorarsi facilmente in seguito al contatto con altri oggetti che possono lasciare impronte, macchiarla oppure semplicemente sporcarla.

Pensare di automatizzare l’ afferraggio della pelle non è stata cosa facile: quale materiale potrebbe essere utilizzato per afferrare la pelle? quale forma può avere?, qual è la forza da applicare?, tutte queste domande sono state motivo di studio per tesi precedenti, questo perché deteriorare una pelle vuol dire far perdere in qualità il prodotto finale e quindi perdere i guadagni per chi produce.

Il precedente problema è stato affrontato sviluppando un sistema di grippino, capace di afferrare l’ intero capo, e dotato di un sistema di ventose multiple opportunamente progettate per una adesione ottimale sulla superficie della pelle, cercando di affrontare l’ afferraggio delle pelli sia dal lato fiore che dal lato carne.

Il primo passo è stato quello di selezionare un sistema di suzione capace di:

• produrre un afferraggio stabile in differenti condizioni di lavoro

• non lasciare impronte visibili sulla pelle.

Pinze di afferraggio

Pelli che possono essere disposte dal lato fiore oppure dal lato carne

9HQWRVHSURYHHIIHWWXDWH

Con la finalità di scegliere in maniera accurata il sistema di ventose sono state testate diverse ventose commerciali che pero hanno prodotto risultati deludenti. L’ unica in grado di afferrarsi fermamente al tessuto produceva notevoli impronte sulla superficie della pelle, inoltre la sua flessibilità e morbidezza non era sufficiente a gli scopi che si volevano raggiungere.

All’ interno del DIMNP dell’ Università di Pisa sono state progettate e testate ventose differenti , con differenti dimensioni e forme interne; quello che si voleva ottenere era una ventosa che afferrasse fermamente pelle, essendo questo un tessuto morbido e flessibile con una sua porosità, inoltre questa doveva essere dotata di una forma interna che ricopiasse in un certo modo le venature della pelle con la finalità di non lasciare impronte tangibili sulla sua superficie. Il risultato ottenuto è quello mostrato in ILJXUD, quindi una ventosa in gomma siliconica con un allungamento a rottura del ordine di 350 ÷ 400%, con una configurazione planare, circolare e la sua superficie di lavoro dotata di scanalature che riproducono le venature della pelle in modo di minimizzare l’ improntatura, il bordo della ventosa è quello minimo necessario a mantenere la tenuta con la pelle (vedi ILJXUD).

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)LJXUD'HIRUPDELOLWjGHOODYHQWRVDSURJHWWDWD



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È stato quindi progettato un gripper composto da un numero di ventose necessarie a garantire l’ afferraggio stabile della pelle sia dal lato fiore che dal lato carne.

Il numero di ventose ed il modo in cui esse si dispongono nella la matrice che forma l’ area d’ afferraggio del gripper è stato determinato sperimentalmente. Tale studio aveva la finalità di collocare le ventose ad una distanza tra loro sufficientemente grande per avere un minor numero di ventose sulla matrice e sufficientemente piccola da non provocare l’ incurvamento affinché non si generino pieghe nella pelle durante la presa, situazione in cui la forza peso delle pelle è perpendicolare al piano delle ventose.

La struttura del gripper e tutti gli elementi di suzione (ventose) hanno una mobilità assiale ed angolare, parametri che permettono un corretto contatto tra le ventose e la pelle anche in presenza di increpasture della pelle sulla pila (vedi ILJXUD). Lo studio della pila di pelli è stato un argomento di notevole importanza per poter calcolare le dimensioni che devono avere tali parametri.

La pelle non è un materiale perfettamente piano (presenta infatti ondulazioni) e inoltre può giacere su un piano che non sia perfettamente parallelo al terreno. Questo è un fattore dovuto sia alla disposizione manuale e casuale delle pelli sui pancali, sia al fatto che ogni pelle presenta una forma diversa dalle altre cosicché non si può sovrapporre esattamente alla precedente, tutto ciò crea degli errori di planarità che si sommano. La ILJXUD rappresenta un tipo pila di pelli con cui avremmo a che fare.

)LJXUD6FKHPDGHOJULSSHUSURSRVWR





)LJXUD3LODGLSHOOL5DSSUHVHQWD]LRQLGHOOHRQGXOD]LRQL

Sono stati progettati due prototipi:

- Un primo prototipo si propone di afferrare la pelle nella zona centrale;

- Mentre il secondo prototipo ha un’ area di afferraggio più grande della superficie della pelle, che è quello rappresentato nella ILJXUD.

 &ODVVLILFD]LRQHGHLSUREOHPLWUDWWDWL

Per poter trattare i problemi della manipolazione delle pelli ci si deve interessare alla fase di FDULFRGHOODPDFFKLQD, fase dove la pelle deve essere prelevata dalla pila e posizionata sul piano di lavoro o sul nastro trasportatore della macchina che dovrà realizzare il processo di lavorazione.

Una volta analizzato il modo in cui può essere afferrata una pelle, dal lato fiore oppure dal lato carne, i problemi durante la presa sono stati classificati in due, elencati inseguito:

 3UREOHPDGHOODSUHVDQHOO¶DUHDFHQWUDOH

Si definisce una certa area di sicurezza, quindi una zona dove si sia certi di andare a fare presa sulla pelle e garantire la tenuta del sistema di suzione.

Il progetto del primo prototipo si propone di afferrare la pelle in tale area.

Se la pelle viene afferrata nell’ area di sicurezza, viene evitata la presa delle pelli sottostanti della pila ma le parti fuori dalla zona di presa risulteranno cadenti. Nella successiva fase di posizionamento quindi, la pelle si piegherà su se stessa creando un mal funzionamento di tutto il processo di lavorazione ()LJXUD).

)LJXUD3UHVDGHOODSHOOHLQXQD]RQDFHQWUDOHSUREOHPDGHLOHPELFDGHQWL

 3UREOHPDGHOODSUHVDQHOODVHFRQGDDUHD

Il secondo gripper progettato si propone di afferrare la pelle sfruttando una superficie maggiore della superficie delimitata dai contorni della pelle stessa. Ideando una tale attrezzatura, che possa afferrare la pelle anche nella zona periferica, si crea il problema della possibilità di afferrare più pelli contemporaneamente, questo a causa della forma molto variabile che hanno le pelli. Tale problema potrebbe provocare la caduta della pelle non desiderata dalla pila (ILJXUD). Una tale attrezzatura ha a suo vantaggio che durante la fase di posizionamento della pelle sulla macchina non si crea il problema dei lembi cadenti.

)LJXUD3UHVDGHOODSHOOHQHOODVHFRQGDDUHDSUREOHPDGHOODSUHVDPXOWLSOD



 $QDOLVLGHOOHSUREOHPDWLFKH

- Voler realizzare un sistema di manipolazione con un gripper a depressione, sia esso il primo oppure il secondo prototipo, ha comportato un’ analisi accurata dei problemi prima esposti.

Per il primo prototipo si avrà sicuramente bisogno di un’ attrezzatura che possa estendere la pelle a monte della macchina asservita dal gripper in modo che la pelle possa arrivare completamente estesa a realizzare l’ operazione richiesta, infine se si pensa di scaricare la macchina sempre con il gripper una tale attrezzatura dovrà essere posizionata anche a valle della macchina in modo da poter formare la pila che verrà utilizzata nella fase di lavorazione successiva.

Il problema della presa multipla che si crea con l’ utilizzo del secondo prototipo richiede anche esso la realizzazione di una attrezzatura che affianchi il gripper durante le fasi di carico-scarico della macchina che sarà servita da questo, si cerca quindi di realizzare una attrezzatura che durante la fase d’ impilaggio delle pelli possa interporre tra una pelle e l’ altra un materiale poroso che impedisca la presa della pelle sottostante in una successiva fase di carico della macchina mediante il gripper a depressione.

- I sistemi di manipolazione composti da un gripper a depressione e da una eventuale attrezzatura da affiancare ad esso per risolvere i problemi dei lembi cadenti e quello della presa multipla sono obiettivi di ricerca e si spera in una fase successiva di realizzazione ed

sperimentazione, quindi la realizzazione di vere e proprie celle di lavoro robotizzate che possano sostituire la mano d’ opera, in un ambiente noto per essere insalubre, salvaguardando così la salute delle persone che ci lavorano.

- Uno dei principali ostacoli nell’ utilizzo del gripper a depressione nell’ industria conciaria è la presenza di impurità nell’ aria, quindi le particelle di sporco e acidi di lavorazione, presenti sia nell’ aria che sulle superfici delle pelli trattate, possono andare a depositarsi sull’ area utile degli organi di presa, compromettendone drasticamente il funzionamento; le ventose dovrebbero essere periodicamente ripulite con getti d’ aria o lavate in una soluzione detergente, ma ciò implicherebbe il loro smontaggio e rimontaggio sul gripper (elevati tempi morti per manutenzione).

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Normalmente la pila di pelli viene trasportata alla stazione di lavoro tramite un carrello manuale (YHGLILJXUD). L’ operatore afferra PDQXDOPHQWH dalla pila una pelle alla volta per posizionarla sul piano di lavoro o sul nastro trasportatore della macchina. Una volta lavorata, la pelle viene impilata su un nuovo carrello sempre in modo PDQXDOH dall’ operatore oppure DXWRPDWLFDPHQWH tramite un DFFDWDVWDWRUHDXWRPDWLFR(vedi ILJXUD). In questo modo mentre si riduce la pila di pelli da lavorare in una determinata stazione, si realizza quella per la stazione successiva. Sia che l’ impilamento venga svolto dall’ operatore o che venga svolto dall’ accatastatore automatico, la

“nuova” pila viene realizzata in modo che le pelli abbiano la stessa disposizione sul carrello.

Così facendo si garantisce alla pila la stabilità necessaria per trasportarla da una stazione all’ altra.

)LJXUD&DUUHOOLDWWXDOPHQWHXWLOL]]DWLLQFRQFHULD

Da visite effettuate in conceria abbiamo potuto osservare che:

• Un operatore in media consuma 5 secondi per compiere l’ operazione di carico (scarico) della pelle sulla macchina.

• Il processo di verniciatura è quello che più si adatta ad un sistema di presa come quello ideato.

• Le pelli che a noi potrebbero interessare hanno delle dimensioni non superiori a 1500x1500 mm, ed un peso di circa 10N per ogni millimetro di spessore.

• Una catasta quando supera un’ altezza di 300mm viene, generalmente, trasportata tramite carrello elevatore.

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VFDULFRSHULPSLDQWLGLWUDWWDPHQWRSHOOLQHOO¶LQGXVWULDFRQFLDULD>@

La progettazione del primo gripper a depressione pone il problema dei lembi cadenti ragione per cui dovrà interfacciarsi con un dispositivo che accolga la pelle rilasciata dal gripper e la estenda.

Per la stenditrice è stata ipotizzata una configurazione costituita da un sistema di nastri disposti a ventaglio, in cui la pelle viene fatta avanzare immettendola dal lato stretta, e al tempo stesso, viene distesa. Si riporta di seguito un disegno schematico della vista dall’ alto del sistema completo:

)LJXUD9LVWDGDOO¶DOWRGHOVLVWHPDSHUHVWHQGHUHODSHOOH

Il dispositivo in questione è ideato per eliminare sia le pieghe longitudinali sia quelle ortogonali all’ avanzamento (ILJXUD). Le pieghe longitudinali sono eliminate grazie al contatto dei lembi laterali con i nastri trasportatori che, unitamente all’ avanzamento, fanno distendere la pelle nella direzione ortogonale allo spostamento, mentre le pieghe trasversali sono eliminate al momento in cui la pelle è introdotta nella macchina, grazie ai contatti dei lembi frontali (vedi ILJXUD) con i nastri trasportatori rotanti che trascinano il materiale grazie all’azione della forza d’ attrito.

)LJXUD(OLPLQD]LRQHGHOOHSLHJKHORQJLWXGLQDOLHGHLOHPELFDVFDQWLODWHUDOL

)LJXUD(OLPLQD]LRQHGHOOHSLHJKHWUDVYHUVDOLHGHOHPELFDVFDQWLIURQWDOL.

 7HVL5RFFKL6WXGLRGLXQVLVWHPDLQQRYDWLYRSHUO¶LPSLODPHQWRHOD

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La progettazione de secondo gripper a depressione non risolve tutti i problemi, là dove è stato risolto il problema dei lembi cadenti si è presentato quello della presa multipla:

L’ operazione d’ impilamento della pelle (ovvero la fase di scarico dalla macchina), ad esempio durante la fase di verniciatura, può essere svolta dal gripper senza che esso rappresenti un notevole problema dato che le pelli escono dal canale essiccatoio disposte singolarmente sul nastro trasportatore, come mostrato in ILJXUD. La pila di pelli formata in fondo alla macchina verniciatrice sarà in seguita trasportata all’ inizio della macchina per essere verniciata più volte oppure potrà essere trasportata ad un’ altra macchina per continuare il processo di produzione.

Durante l’ operazione di carico delle pelli, essendo l’ area d’ afferraggio del gripper più larga della pelle sottostante, può accadere che a pelle in testa alla pila non copra completamente quella sottostante causando la presa di due o più pellami.

Il sistema d’ impilamento è un dispositivo ideato per evitare la presa multipla quando si affronta il problema dell’ afferraggio con l’ utilizzo di un gripper a depressione che aderisce su tutta la superficie della pelle.

Questo sistema risolve il problema con l’ interposizione tra una pelle e l’ altra di un tessuto poroso di dimensioni più grandi di ciascuna pelle da impilare. In questo modo una ventosa fuori dalla

superficie della pelle in presa si troverà a diretto contatto con il tessuto che, grazie alla sua porosità, eviterà qualsiasi azione di afferraggio, vedi ILJXUD.

)LJXUD$IIHUUDJJLRGHOODSHOOHVXWXWWDODVXDVXSHUILFLHHYLWDQGRODSUHVDPXOWLSOD



 6SHFLILFKHWHFQLFKHGHOFDUUHOOR

- Il sistema di stesura e recupero del tessuto deve essere azionato tramite aria compressa o corrente elettrica. Le norme vietano l’ utilizzo di fonti energetiche a combustione interna in ambienti chiusi. D.Lgs. 626/94 "Luoghi di lavoro" artt. 30-31-32-33 - titolo II.

- Il sistema di stesura e recupero del tessuto presente sul carrello deve potersi collegare al sistema di movimentazione automatica delle pelli (HVURERW)ma deve poter essere comandato anche manualmente dall’ operatore tramite pulsantiera. Ciò è necessario quando tra una fase automatizzata e l’ altra ve ne è una svolta manualmente dall’ operatore.

- Il carrello deve avere una zona di carico accessibile sia con il gripper a depressione sia dall’ operatore. La zona deve garantire una superficie sufficientemente ampia per qualsiasi pelle da caricare (dimensioni medie della pelle: 1 m x 1,2 m.) Inoltre viene fissata una capienza di pelli pari a 100. Tale valore è scelto in base alle osservazioni svolte nelle varie concerie visitate.

- Il carrello deve essere dotato di ruote pivotanti per facilitarne la manovrabilità e deve essere presente un sistema frenante per poterlo bloccare in qualsiasi momento. Inoltre, a pieno carico, l’ operatore non deve applicare una forza per spingerlo maggiore di 300 N. D.Lgs. 626/94

"Movimentazione manuale dei carichi" artt. 47-48-49 - titolo V.

- L’ ingombro non deve scostarsi troppo da quello dei carrelli attualmente utilizzati (ILJXUD).

- Le parti meccaniche in movimento devono essere messe in sicurezza tramite carter o altri accorgimenti simili. DPR 547/55 “norme generali di protezione delle macchine” dall’ art. 41 all'art. 83.



 6SHFLILFKHWHFQLFKHGHOWHVVXWRSRURVR

- Il tessuto da utilizzate deve avere una porosità tale da non poter essere afferrato dalle ventose alimentate con ranges di depressione adatti alla presa della singola pelle. Inoltre, tale porosità deve impedire la presa della pelle sottostante il tessuto.

- Deve essere molto flessibile in modo da adattarsi completamente alla superficie della pelle.

Non deve inoltre riportare rotture o pieghe permanenti nelle zone a basso raggio di curvatura.

- Lo spessore deve essere molto piccolo: alcuni decimi di mm (già uno spessore pari allo spessore delle pelli raddoppierebbe l’ altezza della pila!).

- Il peso per mq deve essere il minimo possibile per non appesantire la pila.

- Il tessuto deve evitare qualsiasi danneggiamento sul fiore della pelle, in particolare non deve lasciare impronte sulle pelli inferiori della pila a causa del peso della pila stessa. Tale problema è maggiormente sentito quando le pelli, a causa di particolari lavorazioni, sono calde (circa 50°C).

Inoltre tale tessuto non deve rilasciare pelurie tra le pelli: la qualità superficiale del fiore ne resterebbe danneggiata ad esempio in fase di verniciatura.

- L’ attrito fra pelle e tessuto deve essere tale da evitare pericolosi slittamenti relativi, problema sentito soprattutto nelle movimentazione da una stazione all’ altra dell’ ipotetica pila.

- Per facilitare l’ automazione di stesura e recupero, il tessuto deve svilupparsi su un rotolo di diametro non elevato (orientativamente 300 mm).

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Il principio di funzionamento del dispositivo proposto consiste nell’ interposizione di uno speciale tessuto poroso tra le pelli, come schematizzato nelle seguenti figure:

)LJXUD)DVHGLULODVFLRGHOODSHOOHVXOODFDWDVWD



)LJXUD)DVHGLSUHOLHYRGHOODSHOOHGDOODFDWDVWD



Durante la fase di rilascio della pelle sulla catasta, una volta che si è allontanato il gripper a depressione, sarà rilasciato sul capo questo speciale tessuto che avrà un’ area sufficientemente grande per coprire l’ area d’ afferraggio sulla pila. In tal modo, durante la fase di prelievo della pelle (operazione di carico sulla macchina), quando è applicato il vuoto, soltanto le ventose direttamente a contatto con la pelle riescono ad esercitare la forza di adesione per la sua manipolazione. Le altre ventose, poste sopra il tessuto poroso, non producono invece forza sufficiente per aderirvi evitando così il rischio di prese multiple.

Si deposita uno strato di tessuto

Si prelieva lo strato ditessuto

L’ approccio adottato da A. Rocchi, nella sua tesi di laurea, è stato quello prendere il rullo di tessuto e dotarlo di un movimento alternato (vedi ILJXUHH) in modo tale che esso si svolga (riavvolga) durante la creazione della pila (oppure il caricamento dalla pila), una volta depositata (o prelevata) la pelle mediante l’ utilizzo del gripper, il processo si ripete fino alla altezza della pila desiderata.

E’ mostrato, in seguito, il disegno del dispositivo. In tale rappresentazione sono evidenziate gli ingombri e i movimenti principali che il dispositivo deve avere:

)LJXUD6FKHPDIURQWDOHGHOVLVWHPDGLLPSLODPHQWR







)LJXUD6FKHPDODWHUDOHGHOVLVWHPDGLLPSLODPHQWR

 /D FRPELQD]LRQH GHL PRYLPHQWL $ H %UHDOL]]DQR OD VWHVXUD R LOUHFXSHUR GHO WHVVXWR

SRURVR )LJXUD  Per depositare o riavvolgere sempre la stessa quantità di tessuto, la rotazione del rotolo deve variare al variare del suo diametro garantendo una velocità periferica costante (mov. B). Nella fase di stesura il tessuto deve sempre svolgersi qualsiasi sia la direzione del rotolo (mov. A) mentre nella fase di recupero deve sempre riavvolgersi. Ciò implica mantenere costante in ciascuna fase il verso di rotazione del rotolo (verso del mov. B) durante le inversioni della sua corsa.

Lo studio di movimentazione del tessuto si è basato sostanzialmente in due metodi:

• Il primo consiste nel far traslare la pila sotto il rotolo di tessuto, mantenendo quest’ ultimo in una posizione fissa (ILJXUD). Gli svantaggi che presenta un metodo di questo tipo è la pericolosità dovuta all’ instabilità della pila, il cambio di direzione ed un’ accelerazione sostenuta¹ può, infatti, può provocare slittamenti fra le pelli e la conseguente la caduta di alcune di loro. Inoltre con un metodo così concepito si avrebbe un ingombro notevole, pari il doppio della superficie che va ad occupare questo dispositivo.

1 Il tempo di ciclo presso in considerazione dovrà essere minore o uguale a quello che utilizza un operatore per

)LJXUD5RWRORGLWHVVXWRLQSRVL]LRQHILVVDHSLDQDOHWUDVODQWH

Durante la fase di carico o scarico delle pelli il robot sul quale sarà montato il gripper a  depressione dovrà essere programmato con due punti di presa differenti, uno a destra ed uno a sinistra del rotolo di tessuto.

• Il secondo metodo è stato quello di dare al rotolo di tessuto il movimento di traslazione rispetto alla pila di pelli, che si troverà in una posizione fissa (ILJXUD). In questo modo si potrebbe evitare l’ instabilità della pila, essendo il rotolo più leggero² si acquisterebbe una maggior precisione e controllo durante la sua movimentazione. In questo caso il robot avrà una programmazione più semplice.

)LJXUD3LDQDOHLQSRVL]LRQHILVVDHURWRORGLWHVVXWRWUDVODQWH

Dai primi disegni forniti nelle ILJXUH H , si intuisce facilmente che è stato utilizzato quest’ ultimo metodo di stesura³. 

Al movimento di traslazione del rotolo si deve poter abbinare un movimento di rotazione, con la finalità di svolgere o raccogliere il tessuto (ILJXUD ). L’ analisi fatta per mettere insieme questi due movimenti si basa nei seguenti aspetti:

2 Il peso iniziale del rotolo di tessuto e di 15kg. Mentre il peso della pila completa più il pianale è 150Kg

3 Durante la fase di carico di una pelle il rotolo compie una corsa in senso unico, svolgendo il tessuto. Nella fase di prelievo delle pelli, invece, ad ogni passaggio del rotolo lo strato di tessuto precedentemente depositato è riavvolto.

Il movimento di rotazione è realizzato ispirandosi al principio di funzionamento delle macchine stenditrici automatiche di carta e tessuto che si trovano in commercio: si stende il tessuto col movimento generato per l’ attrito del rotolo di tessuto con il rullo trascinatore ()LJXUD). La quantità di tessuto rilasciata (avvolta) dipende solo dal raggio U del rullo trascinatore.

- Mantenere folle il rotolo e lasciare che sia la trazione stessa a farlo ruotare.

- Il tessuto non si trova a lavorare sotto sforzi di trazione, ragione per cui un tale metodo

comporterebbe dei problemi, soprattutto, durante la fase di riavvolgimento.

- Automatizzare la rotazione del rotolo di tessuto durante la sua traslazione.

- Far ruotare il rotolo tramite un motore elettrico.

Il rotolo deve ruotare con una velocità che segua la sua velocità di traslazione se si vuole che il tessuto si stenda (o si riavvolga) in modo uniforme. Un controllo de genere non è facile.

- Far ruotare il rotolo tramite un dispositivo meccanico che prenda il moto direttamente dalla sua traslazione. Questo sistema comporta la costruzione di un rotismo che ha il vantaggio di legare meccanicamente la velocità di rotazione e la velocità di traslazione.

)LJXUD&RPXQHPDFFKLQDVWHQGLWULFHDXWRPDWLFDGLWHVVXWR5(&25'6UO/XFFD



La metodologia adottata è stata quella di far ruotare il rotolo tramite un dispositivo meccanico che prende il moto di rotazione direttamente da quello di traslazione come quello mostrato nella seguente figura:

)LJXUD9LVWDDVLRQRPHWULFDGHOFDPELRDGRWWDWRDGRJQLILQHFRUVD

Copia di ruote dentate

Pignone conico

Pignone Cremagliera

Rullo Trascinatore Rotolo di tessuto

Rotolo Anima del

rotolo

Rullo trascinatore

Il meccanismo in ILJXUD, presenta una coppia di ruote dentate montate su un unico albero;

questo è stato fatto per ovviare il problema che si presenta quando si inverte il moto di traslazione, in pratica se ci fosse stata solo una ruota dentata invertendo il moto di traslazione si inverte anche quello di rotazione, quindi se interessa il rilascio del tessuto invertendo il moto di traslazione il tessuto appena rilasciato verrebbe raccolto facendo cadere la pelle in cima alla pila.

Per evitare questo inconveniente, (ILJXUD) durante l’ inversione del moto il pignone conico ingrana primi su di una ruota conica e poi su di un’ altra sul lato opposto mediante lo spostamento del gruppo di ruote coniche attuato con un cilindro a corsa breve (ILJXUD). In tal modo il senso di rotazione del rullo si mantiene costante ()LJXUD).

)LJXUD6FKHPDWL]]D]LRQHGHOSULQFLSLRGLIXQ]LRQDPHQWR



)LJXUD5DSSUHVHQWD]LRQHGHOGLVSRVLWLYRSHUODPRYLPHQWD]LRQHGHOURWRORGLWHVVXWR

,OPRYLPHQWR&RYYHURLOPRYLPHQWRGHOSLDQDOH)LJXUDdeve essere tale da mantenere costante l’ altezza K durante l’ impilamento e lo scarico delle pelli.

Durante la fase di carico o scarico la pelle in cima alla pila deve trovarsi sempre alla solita altezza da terra (h), questo implica che mentre la pila varia la sua altezza il pianale dove esse appoggiano deve avere un movimento verticale. In questo modo si facilita la programmazione del sistema di presa automatica.

Il movimento verticale del pianale deve essere collegato in retroazione ad un sistema di rilevazione di K. L’ escursione massima di tale movimento non può essere inferiore all’ altezza totale della pila. Per la movimentazione verticale è stato realizzato un sistema a pantografo a vite-madrevite come quello adottato nei carrelli elevatori oleodinamici ( ILJXUD. 

,QYHUVLRQHGHOPRWR

GLWUDVOD]LRQH

&LOLQGURSQHX

PDWLFRDFRUVD

EUHYH

0RWRGLWUDVOD]LRQHH

URWD]LRQHGHOURWROR

Pianale

Barra filettata Motore

elettrico

Feed-Back

Sistema a pantografo Sensore di livello

)LJXUD6FKHPDGLIXQ]LRQDPHQWRGHOVLVWHPDGLPRYLPHQWD]LRQHYHUWLFDOHGHOSLDQDOH

 /DUHDOL]]D]LRQHGHOODVHUSHQWLQDILJXUDH

Il tessuto è vincolato a formare una serpentina tra le pelli, ad ogni fine corsa; per ottenere questo tipo di vincoli sono state utilizzate delle aste rigide (mov D, in ILJXUD) che hanno come compito quello di posizionare il tessuto.(vedi ILJXUD)

)LJXUD/¶DVWDULJLGDYLQFRODODSLHJDGHOWHVVXWR

$ %

Come si nota dalle figure precedenti, su ogni lato di ciascun finecorsa sono stati utilizzati due cilindri pneumatici ($e%): in questo modo è garantita la presa del tessuto. A chiarimento di ciò sono riportati due schemi utilizzando nel primo (ILJXUDD)il solo cilindro $ e nel secondo (ILJXUDE) entrambi i cilindri ($e%) in una possibile situazione nella quale si può venire trovare il tessuto:

)LJXUDYDQWDJJLRGHOO¶XWLOL]]RGLGXHFLOLQGULSHUYLQFRODUHODSLHJD

Poiché ciascuna pelle ha una sua particolare “ondulazione” superficiale, la lunghezza del tessuto da depositare ad ogni stesura può variare sensibilmente. Per evitare che questi piccoli scarti si accumulino e generino una tensione non trascurabili sul tessuto, è prevista una extracorsa del tessuto stesso rispetto ai cilindri pneumatici che vincolano la sua piegatura (ILJXUD):



)LJXUD([WUDFRUVDGHOWHVVXWRULVSHWWRDOFLOLQGURSQHXPDWLFR

a.- Il posizionamento di un solo cilindro A, al fine corsa, non garantisce la presa del tessuto

b.- Con l’ utilizzo dei due cilindri A e B, è possibile afferrare il tessuto e vincolare la piega



Tale extracorsa dipende principalmente dal grado di uniformità delle pelli: solamente con prove sperimentali può essere valutata la posizione ottimale sul telaio del carrello dove fissare i cilindri pneumatici.



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La scelta del tessuto fu studiata nell’ ambito di questa tesi tramite prove sperimentali. Alcune delle prove realizzate sono state le seguenti:

1) Studio della porosità di ciascun tessuto. E’ stata la prova fondamentale per analizzare il comportamento del gripper a depressione di fronte al problema della presa multipla.

Cilindro pneumatico Cilindro pneumatico

Cilindro pneumatico Cilindro pneumatico Asta rigida Asta rigida

Asta rigida Asta rigida

Pelle Rotolo di

tessuto

2) Analisi del danneggiamento sul fiore della pelle causato dalla presa del gripper a depressione.

Questa è stata una valutazione di tipo visivo.

3) Analisi dell’ impronta lasciata dal tessuto sul fiore della pelle sotto il peso dell’ ipotetica pila.

La prova è stata svolta in un periodo di tempo relativamente lungo per simulare un ipotetico accantonamento della pila all’ interno della conceria.

4) Valutazione dell’ impronta a caldo (circa 50° C). Questa prova è consistita nel è simulare un’ ipotetica pila costituita da pelli riscaldate per lavorazioni di verniciatura o inchiodatura. In questo modo si è potuta evidenziata anche la sensibilità al calore di ciascun tessuto.

5) Determinazione del coefficiente d’ attrito statico e dinamico tra pelle e tessuto in esame per valutare la stabilità della pila.

La ricerca del tessuto è stata svolta in quei settori industriali e non (aziende produttrici di tessuto no tessuto T.N.T., negozi specializzati di tappezzeria, ditte di imbottitura, agrarie ecc) dove viene commercializzato, o fatto uso, di una notevole varietà di tessuti.

Dal momento che non è possibile testarli tutti, sono stati considerati i tessuti più comuni che ragionevolmente potevano dare buoni risultati.

La scelta del campionario di tessuti è stata svolta in modo da poter confrontare materiali e trame di diversa fattura ILJXUD

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In tutte le prove è stato utilizzato il ILRUHGLERYLQR . Questo tipo di pelle è molto flessibile dato il suo piccolo spessore (1 mm). La sua superficie è liscia e omogenea con una scarsa finitura superficiale dal lato carne. E’ stata considerata tale pelle perché è quella più soggetta al danneggiamento da parte delle ventose. La scelta della pelle più delicata ha permesso di svolgere

T.N.T

5 gr/m² T.N.T

10 gr/m² T.N.T

30 gr/m² T.N.T

50 gr/m²

Gomma

piuma Gavatex

Rete di

plastica Stoffa

T.N.T

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Le prove hanno fornito per ciascun tessuto esaminato un range di pressione entro il quale il gripper afferrava soltanto la pelle e non si verificava nella presa multipla ne segni visibili sulla pelle. La possibilità di alimentare il gripper con una pressione elevata senza incombere nella presa multipla, implica un maggior grado di depressione all’ interno delle ventose. Tale fatto migliora la presa della pelle da afferrare e favorisce l’ affidabilità dell’ intero sistema di manipolazione.

Alcune importanti conclusioni sono state:

• In particolar modo il 717SURWHFWD ha dimostrato, nella prova 1) e 2), una capacità di evitare la presa multipla anche a pressioni d’ alimentazione di oltre 7 bar. A valori di circa 6,5 bar iniziavano però a notarsi le impronte delle ventose sulla pelle afferrata.

• Le prove n° 3) hanno dato buoni risultati per quasi tutti i tessuti esaminati. Le impronte si sono notate solamente per il campione di UHWH GL SODVWLFD. La superficie della pelle è risultata notevolmente danneggiata per un’ evidente impronta “quadrettata”. Alla fine della prova del campione di JDYDWH[, si è riscontrata una leggera aderenza tra tessuto e pelle durante la loro separazione. Ad ogni modo non si sono registrate impronte sulla pelle.

• Per la prova 4) quasi tutti i tessuti hanno dato buoni risultati. I danneggiamenti maggiori si sono registrati per la UHWHGLSODVWLFD e per il JDYDWH[. Nel primo tessuto si è notata l’ improntatura “quadrettata” già presente nella prova precedente. Il secondo si è leggermente fuso con la pelle tanto che al momento del loro distacco, parti del tessuto sono rimaste “incollate” alla superficie della pelle rovinandola irrimediabilmente.

Inconvenienti minori hanno riguardato il 717*U quando al momento del distacco si è notata una leggera aderenza tra pelle e tessuto. Sia la pelle che il tessuto non hanno fatto registrare danneggiamenti.

• Dai risultati ottenuti, nella prova 5), si nota che tutti i tessuti, tranne il 7173URWHFWD, hanno coefficienti d’ attrito superiori a quelli di riferimento pelle-pelle. Teoricamente l’ interposizione di tali tessuti migliorano la stabilità della pila di pelli. Per il T.N.T.

protecta va ricordato che cautelativamente sono stati confrontati i minimi valori dei coefficienti d’ attrito e quindi un leggero scostamento negativo non può minare la stabilità della pila.

La scelta del tessuto fra quelli esaminati è stata svolta sommando il punteggio ottenuto dalle singole prove; tale punteggio è stato ricavato dando un peso da 1 a 100 ai risultati che si ottenevano durante il comportamento del tessuto nelle prove, ad un punteggio basso corrispondeva una risposta del tessuto alla prova non soddisfacente. Nella WDEHOOD si riportano i singoli punteggi e il punteggio totale ottenuto da ciascun tessuto per valutarne il migliore:

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Dalla colonna dei 727$/( si deduce che il miglior tessuto poroso da applicare tra una pelle e l’ altra è il 717SURWHFWD. Un altro materiale da considerare è la *RPPDSLXPD che ha ottenuto un buon punteggio ma il suo limite è nello spessore elevato, che è di 5mm.

Naturalmente ciò non vieta di utilizzare altri tipi di tessuto con caratteristiche simili al 717

SURWHFWD vista soprattutto la grande varietà di 717 presente sul mercato.

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Da queste considerazioni è emerso che il settore della lavorazione delle pelli presenta notevoli possibilità di sviluppo per l’ automazione e risulta quindi di grande interesse. Le osservazioni

Nota:

1° P. al Robot: la prima prova al robot è servita a determinare la porosità dei tessuti nel caso in cui una ventosa afferri la pelle

2° P. al Robot: la seconda prova è stata realizzata nel caso più critico ovvero con l’ azione della massimadepressione alle ventose.




  

 

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svolte sulle fasi di carico e scarico hanno appurato che in alcune lavorazioni la pelle si presenta in ottime condizioni per essere afferrata con gripper a depressione e movimentata da robot.

La seguente figura mostra l’ integrazione del sistema di impilaggio studiata ed il gripper a depressione, durante l’ operazione di carico della macchina verniciatrice. Un tale sistema di impilaggio potrebbe essere spostato manualmente da una stazione all’ altra, ed ogni stazione di lavoro potrebbe essere equipaggiata con un sistema di docking che la alimenta.

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Nell’ approccio adottato nella ricerca condotta dal DIMNP, molti sono stati gli sviluppi in questi ultimi tempi. È stato realizzato il primo prototipo del gripper ed un prototipo dell’ attrezzatura per estendere la pelle da affiancare a questo, già testato durante il lavoro di tesi Attilieni.

La progettazione del secondo prototipo del gripper a depressione⁴, quindi con una superficie di afferraggio maggiore della superficie della pelle, è in fase di elaborazione ed è oggetto di studio di una tesi contemporanea a questa.

Il lavoro di tesi Rocchi ha fornito una base importante per la progettazione del sistema di impilamento che dovrebbe risolvere il problema di presa multipla che si crea con l’ utilizzo del il gripper a depressione, ma non sono sufficienti per la realizzazione di un primo prototipo. La tesi precedente infatti si è focalizzata sulla ricerca di un sistema di movimentazione delle pelli introducibile in conceria senza soffermarsi sullo studio in dettaglio di ciascun componente e del modo in cui questi vengono montati. Inoltre, le verifiche meccaniche sono state fatte considerando un peso della pila di soli 1500 N, carico insufficiente per una pila che deve contenere più di 100 pelli. Infatti, secondo uno studio presentato in questa tesi, il peso della pila da considerare nella progettazione è di circa 6000 N. A causa della non concomitanza della precedente tesi con un approfondito studio del gripper a depressione (oggetto di una tesi parallela alla presente), l’ area di lavoro messa a disposizione dal carrello risulta insufficiente impedendo così l’ accesso del gripper. Alla luce di quanto esposto, la tesi si pone come obiettivo l’ approfondimento dei seguenti punti:

• Ridimensionamento del carrello per consentire l’ accesso del gripper.

• Stima dei carichi sopportati dal sistema d’ impilaggio dovuti al peso della catasta.

• Progetto e verifica della struttura portante del dispositivo.

• Progetto del sistema di vincolo del tessuto ai fine corsa (realizzazione della “ serpentina” ).

• Alla luce dei nuovi carichi, analisi del sistema di movimentazione verticale della pila.

• Studio di soluzioni alternative per il meccanismo di rilascio del tessuto.

Il dispositivo per l’ impilamento e la presa robotizzata di pelli, affiancato al gripper a depressione, consentirà di introdurre nel settore conciario un modo d’ automatizzazione per manipolare le pelli durante le operazioni di carico-scarico dalle macchine di finitura che ne realizzano il processo produttivo, rendendo queste operazioni meno gravose per il personale.

4 Da questo punto in poi ci si rivolgerà al secondando prototipo del gripper a depressione come “ gripper a