Sistemi robotizzati per il food & bevarage packaging

I robot diventano sempre più protagonisti nelle linee automatizzate per il food & beverage packaging di aziende che hanno adottato le innovative tecnologie di Industria 4.0 , contribuendo a creare efficienza e flessibilità dei flussi produttivi. I sistemi robotici svolgono rapidamente e con precisione operazioni ripetitive e manipolazioni di carichi pesanti, permettendo agli operatori umani di dedicare tempo ad attività specializzate, sgravandoli da mansioni gravose e poco ergonomiche.

I robot possono essere integrati in diverse fasi della linea di confezionamento, realizzando soluzioni automatizzate complete, modulari e personalizzate, che comprendono anche le operazioni di inizio linea, tra cui la depallettizzazione e quelle di fine linea, come l’etichettatura e la pallettizzazione.

I vantaggi offerti dai robot

I sistemi robotici per il food & beverage packaging rappresentano una soluzione efficace e vantaggiosa per ottimizzare l’efficienza e la flessibilità di una linea di confezionamento automatica, soddisfacendo le esigenze di diversificazione, di qualità e sicurezza dei prodotti alimentari, richieste dal mercato. Di seguito una descrizione dei vantaggi più significativi.

Aumento della produttività: i robot sono veloci e precisi. Riducono i tempi dei cicli di lavoro, grazie alla loro capacità di operare ad alta frequenza con continuità e in sincronia con le altre macchine automatiche della filiera.

Qualità e precisione: i sistemi robotizzati eseguono velocemente e con precisione operazioni ripetitive anche in condizioni ambientali estreme (es. basse o alte temperature) mantenendo gli standard qualitativi richiesti.

Flessibilità: i robot integrati nelle linee di confezionamento si adattano facilmente a diversi formati, dimensioni e tipologie di prodotto. Sono predisposti ed attrezzati per svolgere compiti differenti. Inoltre la loro facilità di programmazione e di modifica dei parametri, agevolano le operazioni dei cambi di produzione.

Integrazione con sensori e sistemi visivi: i robot possono essere integrati con sensori di posizione, di rilevamento 3D e sistemi di visione gestiti da appositi software di riconoscimento. Con queste tecnologie, durante la manipolazione i sistemi robotici sono in grado di controllare la qualità del prodotto, con la possibilità di scartarlo se non è idoneo. Inoltre possono eseguire autonomamente operazioni di pick & place come il prelevamento di prodotti sfusi disposti in ordine sparso, ordinandoli per tipologia, forma e colore nelle apposite confezioni.

Aumento della sicurezza del prodotto alimentare: gli apparati di un sistema robotizzato per il food & beverage sono progettati con materiali che riducono i rischi di contaminazione (hygienic design) e per sopportare i lavaggi per una costante pulizia, rispettando le normative igienico-sanitarie. Grazie alla integrazione con sensori di rilevamento e visione, i robot eseguono un controllo continuo sulla qualità del prodotto manipolato. Inoltre in fase di confezionamento, attraverso l’etichettatura ed i sistemi di tracciabilità, garantiscono il controllo e la sicurezza del processo.

Facilità di programmazione: grazie alle moderne tecnologie digitali ed agli accurati software di gestione, la programmazione di sistemi robotici interconnessi diventa sempre più facile ed intuitiva. In quest’ottica un grosso vantaggio è offerto dalla programmazione off-line e dalla simulazione virtuale.

Qualche cenno tecnico sui robot per il packaging

Per versatilità e completezza dei movimenti, i robot articolati sono tra i più diffusi nelle linee di packaging. La loro catena cinematica è composta da bracci rigidi collegati da giunti, definiti “assi”, ognuno dei quali consente un grado di movimento tra due bracci consecutivi. I giunti rotoidali permettono un moto di rotazione, mentre i prismatici un movimento di traslazione.

I sistemi robotici articolati con 6 assi, detti anche antropomorfi, possono compiere movimenti complessi, come le rototraslazioni, nello spazio di lavoro.

Sul polso, la parte terminale della catena cinematica del robot articolato, viene fissato l’organo di presa o gripper. A seconda della tipologia e delle dimensioni del prodotto da manipolare, l’organo di presa può essere a ventosa, con l’ausilio del vuoto, o meccanico con pinze di geometrie adeguate. Il gripper deve essere realizzato per garantire una presa sicura per la manipolazione e per consentire una rapida e facile sostituzione nei cambi di produzione

Nelle linee di confezionamento, trovano applicazione anche i robot cartesiani o lineari. Hanno una struttura semplice in quanto eseguono movimenti lineari lungo gli assi ortogonali X, Y e Z

Quali robot per il food & bevarage packaging

Quando si decide di integrare un sistema robotizzato in una linea di confezionamento, occorre vagliare alcune considerazioni, come il processo da automatizzare, l’ambiente di lavoro, strutture e barriere di protezione, il raggio d’azione richiesto, il carico (il peso del prodotto da manipolare e le sue dimensioni), il tempo del ciclo produttivo e quindi la velocità d’esecuzione. Abbiamo selezionato tre tipi di robot che riteniamo essere tra i più significativi per il food & bevarage packaging: il delta robot, il robot articolato ed il cobot.

Delta robot

Grazie alla loro particolare architettura, i delta robot (detti anche a cinematica parallela), sono indicati per eseguire operazioni di pick & place ad alta velocità di carichi medio bassi nelle linee di confezionamento primarie e secondarie.

La loro configurazione standard si compone di tre motori elettrici montati in alto su una struttura portante. Ciascun motore muove un braccio composto da due link disposti a parallelogramma. L’estremità opposta dei tre bracci è connessa ad una piattaforma centrale, sulla quale viene montato l’organo di presa. Attraverso i bracci mossi dai tre motori, la piattaforma centrale viene spostata nello spazio cartesiano tridimensionale (mantenendosi parallela al piano X-Y).

Un ulteriore motore permette di realizzare il quarto asse di rotazione parallelo all’asse cartesiano Z, in modo che si possa orientare l’oggetto afferrato dal gripper.

Avendo posizionato i motori lontano dalla parte mobile, dove è montato l’organo di presa, rende quest’ultimo particolarmente leggero, in modo che si possa aumentare la velocità del ciclo di lavoro, senza pregiudicare la precisione e l’accuratezza di posizionamento.

Se il sistema integra sensori e apparati di visione con gli opportuni software di riconoscimento, una delle applicazioni più efficaci del delta robot consiste nel prelevare ad alta velocità prodotti disposti in ordine sparso su di un nastro trasportatore, ordinandoli autonomamente per tipologia, forma e colore nelle apposite confezioni, scartando quelli difettosi.

Il gripper deve garantire la sicurezza della presa del carico, sottoposto alle forti accelerazioni dei movimenti. L’organo di presa può essere a ventosa sottovuoto o meccanico con pinze adeguate, in funzione della superficie e della tipologia del prodotto da manipolare.

Robot articolati

Solitamente caratterizzati da 4 a 6 assi, sono robot in grado di compiere movimenti complessi. Il gripper montato sul polso (l’estremità terminale della catena cinematica del robot) può quindi raggiungere svariate posizioni e orientamenti all’interno del volume di lavoro. La loro versatilità e l’ampio ventaglio di offerte in termini di portata del carico e del raggio d’azione li rende adatti ad operazioni di pick & place, smistamento, inscatolamento e imballaggio di varie tipologie e dimensioni di prodotti per il food & beverage.

Anche questi sistemi robotici possono essere equipaggiati con sensori di rilevamento, apparati di visione e lettori di codici a barre, in modo da gestire autonomamente il posizionamento e l’orientamento del prodotto, controllarne la qualità, la tracciabilità e la sicurezza del processo.

Le celle con robot articolati in grado di manipolare carichi pesanti e con un ampio raggio di azione, vengono utilizzate per operazioni di depallettizazione a inizio linea e di pallettizzazione a fine linea.

In particolare nella fase di pallettizzazione, l’isola robotizzata gestita da specifici software, deve saper anche impilare su un pallett imballi di dimensioni e di tipologie diverse, provenienti da più linee, come scatole, confezioni di bottiglie, buste e altri genere di articoli, posizionandoli in modo che non ci siano danneggiamenti e che il carico sia ben stabile. La struttura dell’organo di presa è fondamentale per movimentare in sicurezza i carichi.

Cobot, il robot collaborativo

I cobot sono robot a 6 assi, simili a quelli articolati, ma dotati di particolari sensori di sicurezza e di controllo del movimento, che li rendono idonei a lavorare in presenza di operatori umani nella stessa area, anche in modo interattivo. Non è necessario quindi isolare questi sistemi robotici con strutture e barriere di protezione, consentendo conseguentemente di ottimizzare gli ingombri in linea di produzione. Oltre a condividere l’area di lavoro con personale umano, sono anche molto versatili potendo eseguire svariate operazioni con una programmazione semplice e intuitiva.

Caratterizzati dalla facilità di integrazione in celle aperte, in una linea di food & beverage packaging i cobot sono adatti a manipolare carichi medio bassi per operazioni che spaziano dal prelevamento di prodotto a inizio linea, al pick & place, al confezionamento e imballaggio in scatole di cartone, fino alla etichettatura e pallettizzazione nel fine linea. Sono indicati anche per l’asservimento di macchine automatiche, interagendo e sgravando gli operatori umani da lavori pesanti e poco ergonomici.