Optimal trajectory planning of a magnetic levitation carriage system for advanced manufacturing

Trajectory optimization is an advanced technique for determining the optimal solution to an object’s motion planning problem, based on a specific evaluation metric and within established constraints. This approach was developed primarily for the manufacturing industry, where, at the end of production, objects must be directed to specific areas for further operations or removal from the production line. This trajectory planning strategy represents a novel approach in the field of motion control for industry, introducing a methodology that can significantly enhance the productivity of the machinery to which it is applied. The aim of this thesis is to identify a set of solutions for calculating trajectories as a function of different working environment configurations. The proposed solutions are designed to operate with the ACOPOS 6D system, an innovative handling technology for the manufacturing industry. This system uses square shuttles of various sizes, capable of moving via magnetic levitation on a predefined layout. The main objectives of the identified solutions are to minimize the travel time of trajectories between a starting point and a predetermined destination, as well as to improve upon current trajectory calculation procedures. Particular attention was given to two aspects crucial to the applicability of the solution: the computation time required to obtain the optimal trajectory and the ability to transport an object attached to the shuttle during movement. The proposed solutions were validated through simulations replicating real operating conditions. The results demonstrate how the layout configuration can influence the choice of the most effective solution, highlighting the potential of trajectory optimization to improve the efficiency of production processes.

L’ottimizzazione della traiettoria è una tecnica avanzata per determinare la soluzione ottimale al problema di pianificazione del movimento di un oggetto, sulla base di una specifica metrica di valutazione e nel rispetto dei vincoli stabiliti. Questo approccio è stato sviluppato principalmente per l’industria manifatturiera, dove, al termine della produzione, gli oggetti devono essere indirizzati verso aree specifiche per ulteriori operazioni o per essere rimossi dalla linea di produzione. Questa strategia di pianificazione delle traiettorie rappresenta un approccio nuovo nel campo del controllo del movimento per l’industria, introducendo una metodologia in grado di migliorare significativamente la produttività delle macchine a cui viene applicata. L’obiettivo di questa tesi è individuare un insieme di soluzioni per il calcolo delle traiettorie in funzione di diverse configurazioni dell’ambiente di lavoro. Le soluzioni proposte sono state progettate per operare con il sistema ACOPOS 6D, una tecnologia di movimentazione innovativa per l’industria manifatturiera. Questo sistema utilizza navette quadrate di varie dimensioni, in grado di muoversi per levitazione magnetica su un layout predefinito. Gli obiettivi principali delle soluzioni individuate sono la minimizzazione del tempo di percorrenza delle traiettorie tra un punto di partenza e una destinazione predeterminata, nonché il miglioramento delle attuali procedure di calcolo delle traiettorie. Particolare attenzione è stata data a due aspetti cruciali per l’applicabilità della soluzione: il tempo di calcolo necessario per ottenere la traiettoria ottimale e la capacità di trasportare un oggetto attaccato alla navetta durante il movimento. Le soluzioni proposte sono state convalidate attraverso simulazioni che riproducono condizioni operative reali. I risultati dimostrano come la configurazione del layout possa influenzare la scelta della soluzione più efficace, evidenziando il potenziale dell’ottimizzazione delle traiettorie per migliorare l’efficienza dei processi produttivi.