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Robotica industriale


Denominazione del corso: Robotica industriale
Corso di studi: I4I - Laurea magistrale in Ingegneria Informatica e Automatica
Quadrimestre/Semestre:
Anno:
Numero di moduli: 1
Crediti: 9
Ore: 90
Tipologia: B - AttivitÓ caratterizzanti
Struttura: monodisciplinare
Settore Scientifico Disciplinare: ING-INF/04 (Automatica)

Docente: Carlo Cecati (30 ore). Titolo copertura: Mutuata
Orario di ricevimento: martedý ore 10-12

Docente: Costanzo Manes (60 ore). Titolo copertura: Mutuata
Orario di ricevimento: martedi 11:30-13:30. Per appuntamento: costanzo.manes@univaq.it; Contatto Skype: Prof_Manes


Programma sintetico del corso:

GeneralitÓ su robot industriali e applicazioni. Modellistica cinematica, statica e dinamica di manipolatori a catena aperta. Algoritmi di risoluzione della cinematica inversa. Algoritmi di generazione di traiettorie. Architetture di controllo di robot. Studio della stabilitÓ di controllori PD. Controllo di traiettoria. Cenni di programmazione di robot con riferimento al COMAU Smart NS 16. Elementi di modellistica e controllo dei motori elettrici.

Programma esteso del corso:

Link Programma completo (PDF)    (Aggiornato il 15-02-2018)

GeneralitÓ sui robot industriali e sulle loro applicazioni. Sottosistemi (Hardware e Software) di un robot industriale. Geometrie e strutture meccaniche dei manipolatori. Sistemi di riferimento cartesiani e trasformazioni di coordinate, operatore di rotazione e matrici ortonormali, rappresentazioni dell'orientamento: terne di angoli (Eulero Z-Y-Z, Roll-Pitch-Yaw), asse e angolo di Eulero. Operatori di roto-traslazione. Formula di Rodrigues. Cinematica del corpo rigido; velocitÓ di traslazione e velocitÓ angolare; accelerazione angolare. VelocitÓ del corpo rigido in diversi riferimenti, matrici di trasformazione. Relazione tra derivate di angoli di Eulero e velocitÓ angolare. Manipolatori robotici: catene cinematiche aperte; la notazione di Denavit-Hartenberg; equazioni della cinematica di catene di corpi rigidi, composizione di roto-traslazioni e soluzione del problema della cinematica diretta; il problema della cinematica inversa, soluzioni in forma chiusa per robot planari 2R e 3R; cinematica inversa in forma chiusa di un robot antropomorfo cono polso sferico. Cinematica differenziale; Jacobiano algebrico e Jacobiano geometrico; calcolo dello Jacobiano geometrico. Cenni di teoria dell'ottimizzazione, metodo del gradiente e metodo di Newton. Cenni di ottimizzazione vincolata: moltiplicatori di Lagrange. La pseudo inversa nei problemi quadratici con vincoli lineari. Soluzione del problema cinematico inverso. Metodi numerici per il calcolo della cinematica inversa; singolaritÓ cinematiche; ridondanza cinematica. Definizione e calibrazione dell'utensile. Cenni di statica del corpo rigido: trasformazioni di sistemi di forze. Teorema dei lavori virtuali per il calcolo di forze in equilibrio. Statica del robot: trasformazioni di forze e momenti dall'utensile ai giunti; matrice di rigiditÓ e matrice di cedevolezza. Dinamica: richiami di dinamica del corpo rigido: energia cinetica ed energia potenziale. equazione di Newton (dinamica del centro di massa) e equazione di Eulero (dinamica rotazionale). Formulazione di Lagrange, calcolo dell'energia cinetica e dell'energia potenziale dei manipolatori; modello dinamico del robot e sue proprietÓ; metodi efficienti per il calcolo della dinamica inversa: cenni sulla formulazione di Newton-Eulero e algoritmo di Luh, Walker e Paul; Pianificazione di traiettorie: algoritmi per la generazione di traiettorie rettilinee nello spazio dei giunti (punto-punto) e nello spazio cartesiano (posizione/orientamento della mano). Leggi di percorrenza: profilo trapezoidale di velocitÓ in presenza di vincoli di velocitÓ e accelerazione massima. Controllo: architetture di controllo per Robot Industriali; controllori PD e PID; studio della stabilitÓ di controllori PD con compensazione della gravitÓ; controllori non lineari a coppia precalcolata e a coppia calcolata. Cenni sulla programmazione di robot. Esercitazioni su robot industriale COMAU SMART NS 16. Elementi di modellistica e controllo dei motori elettrici per la robotica: principi di conversione elettromeccanica; macchine in corrente continua e relativi modelli dinamici; il campo magnetico rotante; macchine in corrente alternata: motori asincroni e motori sincroni a magneti permanenti; modelli dei motori asincroni; cenni al controllo vettoriale delle macchine asincrone; schemi a blocchi dei principali azionamenti elettrici elettrici per la robotica.


Testi consigliati:

L. Sciavicco, B. Siciliano,

Oppure: B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo,

Oppure: B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo,

Oppure J.J. Craig, !Introduction to Robotics: Mechanics and Control,

Dispense in distribuzione.

            
            
                         


Modalità d'esame:

Una prova orale.


Risultati di apprendimento previsti:

CapacitÓ di costruire modelli cinematici e dinamici di robot industriali. CapacitÓ di utilizzare i modelli calcolati per eseguire simulazioni al computer. CapacitÓ di implementare algoritmi di pianificazione di traiettorie. CapacitÓ di progettare schemi di controllo di robot. Conoscenza delle strutture di base della programmazione di robot.


Link Verifica la presenza di materiale didattico sul sito ELearning@AQ