Prestazioni elevate, architettura servoassistita e controllo avanzato delle traiettorie: la nuova XHE integra l’intelligenza artificiale per ottimizzare i processi di manigliatura adesiva.
Introduzione
La Manigliatrice Elettronica XHE, sviluppata da Decimo Srl, è una soluzione moderna e versatile per l’applicazione automatica di maniglie adesive su confezioni multiple. Integra automazione, controllo del movimento e un braccio applicatore brevettato, garantendo dinamiche fluide, precise e ripetibili anche ad alte velocità e offrendo un setup semplice e sicurezza operativa migliorata.
Architettura di sistema e modello cinematico
La macchina è dotata di assi servocontrollati con camme elettroniche (E-Cam) generate da Sysmac Studio. L’algoritmo di generazione camme, basato sulla cinematica relativa e sul teorema di Coriolis, calcola la velocità assoluta del centro della pinza sommando la velocità relativa rispetto al fardello e quella di trascinamento del nastro trasportatore. Questa architettura garantisce un controllo preciso e fluido, assicurando affidabilità e prestazioni elevate.
Evoluzione dell’algoritmo: da software di calcolo matematico a Structured Text
L’algoritmo è stato inizialmente verificato tramite simulazioni in uno dei software di calcolo matematico più riconosciuti al mondo e con il supporto di ChatGPT versione Team, per poi essere completamente riscritto in Structured Text (ST) per l’ambiente di automazione Sysmac Studio. La trasposizione e ottimizzazione sono state coadiuvate da modelli di intelligenza artificiale, consentendo la generazione autonoma delle traiettorie in funzione di un solo parametro operativo: la larghezza del fardello.
Benefici introdotti:
- Eliminazione del precaricamento formato-specifico
- Maggiore adattabilità del sistema a variazioni produttive
- Ottimizzazione del codice e semplificazione della logica
- Riduzione del tempo di scansione della CPU
Controllo assi, sincronizzazione e retroazione
I movimenti sono sincronizzati tramite bus EtherCAT in tempo reale. Gli inverter vettoriali ad anello chiuso con encoder restituiscono feedback precisi al controllore, garantendo arresti ripetibili e correzioni dinamiche della posizione della pinza. Così, la maniglia resta centrata anche durante variazioni di velocità, garantendo precisione e fluidità con rampe di accelerazione lunghe e componenti più durevoli.
Integrazione con la linea e risposta adattiva ai flussi produttivi
A partire dalla versione v2.0 è stato introdotto un sistema di gestione dinamica del flusso, che regola automaticamente la velocità della produzione su tre livelli (bassa, media, alta) in base alle condizioni operative della linea. Può ricevere segnali a monte (ad esempio da un’unità di confezionamento) e a valle (come da un pallettizzatore), regolando la velocità in tempo reale. Questo migliora la continuità produttiva, riduce le fermate e gestisce meglio le variazioni di carico.
HMI Interfaccia uomo-macchina
L’HMI (interfaccia uomo-macchina) della XHE è pensata per essere pratica e intuitiva, con software e manuale sviluppati da un team specializzato e disponibili in diversi formati. La doppia pista è dotata di 2 display HMI, uno per lato, eliminando bracci ingombranti e riducendo il rischio di danni ai cavi. Anche in caso di guasto di un display, l’altro assicura continuità operativa. Il layout delle pagine è ispirato ai software per smartphone, con versioni da 7″ e opzione 10″ o superiore. Il manuale, aggiornabile e accessibile anche online, contiene sezioni operative per cambi formato e referenziamento assi, e viene completato da immagini esemplificative che illustrano le funzionalità del sistema.
Optional principali
La XHE consente un cambio formato rapido grazie a tre regolazioni principali:
- Guide laterali in ingresso
- Larghezza teste applicazione
- Altezza teste applicazione
Queste regolazioni sono disponibili in modalità manuale (con manovelle e HMI), semiautomatica (con pulsanti) o automatica (motori con encoder), e consentono di gestire il cambio formato in modo semplice, veloce e senza interruzioni.
Video dimostrativi
Evoluzione per versioni
XHE v1.0
- Le camme elettroniche venivano calcolate con un software matematico e caricate manualmente, senza possibilità di adattamenti dinamici, richiedendo il supporto tecnico di Decimo e generando costi operativi.
- Macchina doppia pista con un solo HMI e pulsantiera rotante, creando ingombro e rischi di guasto dei cavi e interruzioni in caso di malfunzionamento dell’HMI.
- Controllo della velocità solo in ingresso, senza gestione a valle, limitando l’adattamento alle variazioni della linea.
- Nessuna illuminazione interna, causando difficoltà di ispezione e manutenzione.
- Interruttori di sicurezza meccanici soggetti a usura e guasti nel tempo, con contatto degradabile tra attuatore e interruttore.
XHE v2.0
- Introduzione degli inverter vettoriali con feedback encoder per sincronizzazione precisa e controllo ottimizzato.
- Due HMI laterali indipendenti per controllo pratico e riduzione degli ingombri.
- Illuminazione LED interna su entrambi i lati per migliorare visibilità e sicurezza.
- Controllo linea bidirezionale con segnali a monte e a valle, per sincronizzazione fluida e riduzione delle fermate.
- Migliore flessibilità operativa, con precaricamento camme ancora richiesto.
XHE v3.0
- Innovazione principale: camme generate automaticamente da AI in linguaggio Structured Text (ST), eliminando il precaricamento e i costi di intervento tecnico.
- Generazione delle traiettorie automatica basata sulla sola larghezza del fardello.
- Sensori elettronici con LED rosso/verde e blocco elettrocalamita per maggiore affidabilità e sicurezza.
- Software aggiornato e semplificato per efficienza operativa.
Conclusioni
La XHE v3.0 rappresenta una soluzione tecnologicamente matura per l’applicazione automatizzata di maniglie adesive. Coniuga modellazione fisica, programmazione avanzata e automazione industriale, ponendosi come standard di riferimento per l’integrazione dell’AI nei processi di motion control.
Testo di riferimento: Bruno Siciliano, Lorenzo Sciavicco, Luigi Villani, Giuseppe Oriolo, Robotica – Modellistica, pianificazione e controllo, Terza edizione, McGraw-Hill.
Nota aggiuntiva: La transcodifica e ottimizzazione dell’algoritmo in linguaggio Structured Text (ST) è stata effettuata utilizzando ChatGPT versione Team, un modello di Intelligenza Artificiale sviluppato da OpenAI, e supportata dall’ambiente di automazione Sysmac Studio di Omron.
Autore: Ing. Vincenzo Ripa – Decimo Srl
XHE v3.0 Electronic Handle Applicator – Advanced Software Development with AI Support and Enhanced Motion Control by Decimo Srl
Elevated performance with a servo-assisted architecture and cutting-edge trajectory control: the XHE harnesses the power of AI to streamline and optimize adhesive handle applications.
Introduction
The XHE electronic handle applicator, developed by Decimo Srl, is a modern and versatile solution for the automatic application of adhesive handles on multi-pack containers. It integrates automation, motion control, and a patented applicator arm, ensuring smooth, precise, and repeatable dynamics even at high speeds, while offering easy setup and enhanced operational safety.
System Architecture and Kinematic Model
The machine is equipped with servo-controlled axes using electronic cams (E-Cam) generated by Sysmac Studio. The cam generation algorithm, based on relative kinematics and Coriolis theorem, calculates the absolute velocity of the gripper center by summing its relative velocity with respect to the pack and the conveyor belt drag speed. This architecture ensures precise and smooth control, ensuring reliability and high performance.
Evolution of the Algorithm: From Mathematical Software to Structured Text
The algorithm was initially verified through simulations using one of the most recognized mathematical software globally, supported by ChatGPT Team version. It was then entirely rewritten in Structured Text (ST) for the Sysmac Studio automation environment. This transition and optimization were assisted by AI models, enabling autonomous trajectory generation based on a single operational parameter: the bundle width.
Key Benefits
- Elimination of format-specific preloading
- Greater system adaptability to production variations
- Code optimization and logic simplification
- Reduction of CPU scan time
Axis Control, Synchronization, and Feedback
Movements are synchronized via real-time EtherCAT bus. Closed-loop vector inverters with encoders provide precise feedback to the controller, ensuring repeatable stops and dynamic corrections of the gripper position. Thus, the handle remains centered even during speed changes, ensuring precision and smoothness with long acceleration ramps and more durable components.
Line Integration and Adaptive Response to Production Flows
Starting from version v2.0, a dynamic flow management system was introduced, which automatically adjusts production speed at three levels (low, medium, high) based on the line’s operational conditions. It can receive upstream signals (e.g., from a packaging unit) and downstream signals (e.g., from a palletizer), adjusting the speed in real-time. This improves production continuity, reduces downtime, and better manages load variations.
HMI Human-Machine Interface
The XHE’s HMI is designed to be practical and intuitive, with software and manuals developed by a specialized team and available in various formats. The dual-track version is equipped with two HMI displays, one on each side, eliminating bulky arms and reducing cable damage risks. Even in the event of one display failure, the other ensures operational continuity. The page layout is inspired by smartphone software, with 7” versions and an optional 10” or larger screen. The manual, which is updateable and accessible online, includes operational sections for format changes and axis referencing, completed with illustrative images demonstrating system functionalities.
Main Options
The XHE enables quick format change thanks to three main adjustments:
- Lateral guides at the entrance
- Application head width
- Application head height
These adjustments are available in manual mode (with handwheels and HMI), semi-automatic (with buttons), or automatic (motors with encoders), allowing for simple, fast, and uninterrupted format changes.
Demonstration Videos
Evolution by Versions
XHE v1.0
- Electronic cams were calculated with mathematical software and manually loaded, with no possibility for dynamic adaptations, requiring Decimo technical support and generating operational costs.
- Dual-track machine with a single HMI and rotary button panel, creating bulk and cable failure risks and interruptions in the event of HMI malfunction.
- Speed control only at the input, with no downstream management, limiting line variation adaptation.
- No internal lighting, making inspection and maintenance difficult.
- Mechanical safety switches subject to wear and failure over time, with deteriorating contact between actuator and switch.
XHE v2.0
- Introduction of vector inverters with encoder feedback for precise synchronization and optimized control.
- Two independent side HMIs for practical control and reduced clutter.
- LED internal lighting on both sides for better visibility and safety.
- Bidirectional line control with upstream and downstream signals for smooth synchronization and reduced stops.
- Improved operational flexibility, though still requiring preloaded cams.
XHE v3.0
- Main innovation: cams automatically generated by AI in Structured Text (ST) language, eliminating preloading and technical intervention costs.
- Automatic trajectory generation based solely on the bundle width.
- Electronic sensors with red/green LEDs and electromagnetic lock for greater reliability and safety.
- Updated and simplified software for operational efficiency.
Conclusions
The XHE v3.0 represents a technologically mature solution for the automated application of adhesive handles. It combines physical modeling, advanced programming, and industrial automation, setting the benchmark for AI integration in motion control processes.
Reference Text: Bruno Siciliano, Lorenzo Sciavicco, Luigi Villani, Giuseppe Oriolo, Robotica – Modellistica, pianificazione e controllo, Third Edition, McGraw-Hill.
Additional Note: The transcoding and optimization of the algorithm into Structured Text (ST) were carried out using ChatGPT Team version, an AI model developed by OpenAI, and supported by the Omron Sysmac Studio automation environment.
Author: Ing. Vincenzo Ripa – Decimo Srl
