Feasibility study of a robotic approach in the gluing process in footwear industry

This project aims to improve the current production process of shoe making. This is dictated by the continuous challenges the Italian footwear industry is called to respond while facing the globalization effects. As the industry 4.0 paradigms are taking place in the industrial environments they represent an excellent opportunity to improve the production efficiency and quality as a way to face the international competitors. On this wave this work will analyze the available technologies and how the implementation of some of these may offer a great advantage for the considered process. Specifically this work analyzes the gluing process of the upper side to the sole and the displacements of the two parts. Despite there are machinery already used to support this operations, in most of the cases an operator, to supervise or carry out the task, is required. This may be addressed as the cause of poor quality or losses of materials or time. In this case it is clear that an improvement of the process may be advisable. After an overview of the footwear industrial processes, the gluing task has been recognized as the one that more then others present affinity with the additive manufacturing techniques. The material deposition onto the curved surfaces is at the moment subject of investigation and many studies propose the utilization of robotic technologies as improvement method. Once the techniques that best could adapt to the process were identified, while considering the actual availability of technological tools, some solutions were investigated. The project started with an initial study of the potential offered by the robotic arm present in the laboratory and the understanding of the dedicated software. A series of simulations and tests have been carried out to verify possible critical issues and collect relevant information about possible application developments. Given the need to incorporate in the study the possibility of sending the data processed with some more appropriate tools than the robot software, was realized a connection based on the TCP / IP protocols, enabled by a program specifically developed in Matlab for the exchange of information. All the needed support prototypes to perform evaluation tests were designed and manufactured in the laboratory. The experimentally acquired measurements were used for the creation of data processing programs which provide the output files that are subsequently used for robot programming. The inability to use the robot remotely required to use a simulator to validate these programs. The feasibility of a robotic approach to the gluing process in the footwear industry has been verified, a possible solution has been proposed and any critical issues to be taken into consideration for future studies have been highlighted.

Studio di fattibilità di un approccio robotico nel processo di incollaggio nel settore calzaturiero. Questo progetto mira a migliorare l'attuale processo di produzione di calzature. Ciò è dettato dalle continue sfide a cui l'industria calzaturiera italiana è chiamata a rispondere affrontando gli effetti della globalizzazione. I paradigmi dell'industria 4.0 che si stanno affermando negli ambienti industriali rappresentano un'eccellente opportunità per migliorare l'efficienza e la qualità della produzione in modo da poterla confrontare con i concorrenti internazionali. In quest'ottica questo lavoro analizzerà le tecnologie disponibili e come l'implementazione di alcune di queste possa offrire un grande vantaggio al processo considerato. Nello specifico questo lavoro analizza il processo di incollaggio della tomaia alla suola e gli spostamenti delle due parti. Nonostante siano già utilizzati alcuni macchinari per supportare queste operazioni, nella maggior parte dei casi è ancora richiesto un operatore per supervisionare o svolgere il compito. Ciò potrebbe essere considerato causa di scarsa qualità o perdita di materiali o di tempo. In tale evenienza è chiaro che un miglioramento del processo sarebbe consigliabile. In seguito allo studio dei processi produttivi dell'industria calzaturiera, la fase di incollaggio è stata riconosciuta come la lavorazione che più di altre presenta una particolare affinità con le tecnologie utilizzate nell'ambito della produzione additiva e che più si mostra idonea ad essere automatizzata. La deposizione di materiale su superfici curve è attualmente oggetto di molti studi che spesso propongono come metodo di ottimizzazione l'utilizzo di tecnologie robotiche per automatizzare il processo. Una volta individuate le tecniche che meglio possono essere adattate al problema in esame, considerando al contempo l'effettiva disponibilità di strumenti tecnologici, alcune soluzioni sono state approfondite in questo lavoro di tesi. Il progetto è stato avviato con un iniziale studio delle potenzialità offerte dal braccio robotico presente in laboratorio e dalla comprensione del software ad esso dedicato. Una serie di simulazioni e test sono stati eseguiti per verificare le possibili criticità e raccogliere informazioni rilevanti circa i possibili sviluppi applicativi. Data la necessità di inglobare nello studio la possibilità di inviare dati elaborati con strumenti più adeguati rispetto al software del robot, è stata realizzata una connessione basata sui protocolli TCP/IP abilitata da un programma appositamente sviluppato in Matlab. Per eseguire test valutativi, utilizzando i modelli disponibili in laboratorio, sono stati progettati e stampati in 3D tutti i supporti necessari per la validazione degli esperimenti. Le misure acquisite sperimentalmente sono state adoperate nella realizzazione di programmi di elaborazione dei dati che forniscono in output i file che successivamente vengono utilizzati per la programmazione del robot. E' stato inoltre usato un simulatore per la validazione di tali programmi rendendo possibili sperimentazioni offline. La fattibilità di un approccio robotico al processo di incollaggio nell'industria calzaturiera è stata verificata, una possibile soluzione è stata proposta e sono state evidenziate eventuali criticità da prendere in considerazione per studi futuri.