Progettazione mediante ottimizzazione genetica globale di una macchina astucciatrice: layout di macchina ed esalatero per il pick and place

L'obiettivo di questa tesi è la progettazione e l’ottimizzazione di un cinematismo ad alte prestazioni per il Pick & Place di scatole di dimensioni contenute in una linea di packaging automatica. Al giorno d'oggi, queste operazioni sono svolte da costosi robot paralleli a 2 gradi di libertà (es. Pentalateri) o da rigide camme meccaniche; questo lavoro propone un approccio innovativo basato sull'utilizzo di un meccanismo a singolo grado di libertà: l'Esalatero di Stephenson II. La sfida principale di questa architettura risiede nella complessità della sintesi dimensionale: trovare la forma esatta dei membri che garantisca contemporaneamente la traiettoria richiesta, la sincronizzazione con un nastro trasportatore in movimento continuo e il rispetto dei vincoli di ingombro. Per risolvere questo problema inverso non lineare, è stato sviluppato un algoritmo di ottimizzazione globale basato sulla strategia evolutiva CMA-ES (Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy). Un aspetto peculiare della metodologia proposta è il ”Global Design”: l'algoritmo non ottimizza solo il cinematismo, ma anche i principali parametri che definiscono il layout della macchina (come il passo delle culle e la posizione del magazzino), permettendo di ottenere prestazioni dinamiche superiori con motorizzazioni ridotte. La soluzione ottenuta è stata validata attraverso simulazioni Multibody in ambiente CAD (PTC Creo), confermando un risparmio stimato del 40% sulla componentistica e un'efficienza energetica superiore rispetto alle soluzioni tradizionali. Il risultato dimostra come l’Ottimizzazione Funzionale applicata alla progettazione meccanica possa sbloccare il potenziale di architetture cinematiche complesse, rendendole competitive nell’industria 4.0.