Obiettivi formativi
Il corso si propone di introdurre i principali concetti di cinematica e dinamica dei manipolatori robotici. Vengono inoltre presentati elementi di pianificazione di traiettorie.
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
- Utilizzare gli strumenti matematici per la descrizione di oggetti in ambienti 3D;
- Risolvere problemi di cinematica diretta e inversa;
- Risolvere problemi di dinamica diretta e inversa;
- Calcolare velocità e accelerazioni dei bracci robotici;
- Pianificare semplici traiettorie.
Prerequisiti
Propedeuticità consigliate:
Fondamenti di Controlli Automatici
Contenuti dell'insegnamento
- Introduzione alla robotica industriale (1 ora)
Meccanica e controllo dei manipolatori robotici.
- Sistemi di riferimento e trasformazioni (9 ore)
Posizioni e orientamenti dei bracci di un robot. La matrice di rotazione. Operatori di traslazione e rotazione. Forme minime dell’orientamento:angoli fissi, angoli di Eulero, convenzione asse-angolo, i parametri di Eulero. Considerazioni computazionali.
-Cinematica diretta dei manipolatori (4 ore)
Classificazionee descrizione dei giunti robotici. Descrizione delle connessioni fra bracci: la notazione di Denavit-Hartenberg modificata. La matrice di trasformazione omogenea. Spazio dei giunti, spazio operativo e spazio di lavoro.
-Cinematica inversa dei manipolatori (6 ore)
Il problema della solvibilità del problema cinematica inversa. Metodi geometrici e algebrici di soluzione.
-Velocità e forze statiche nei manipolatori (12 ore)
Velocità lineari e angolari nei corpi rigidi. La matrice Jacobiana e le sue proprietà. Forze statiche nei manipolatori: l’algoritmo ricorsivo in avanti e l'approccio mediante la matrice Jacobiana.
-Cenni sulla dinamica dei manipolatori (4 ore)
Il tensore di inerzia. Il baricentro dei corpi. Dinamica inversa: formulazione ricorsiva all’indietro di Newton-Eulero. Dinamica diretta: soluzione mediante algoritmi di simulazione.
-Generazione di traiettorie e polinomi interpolanti (12 ore)
Traiettorie nello spazio dei giunti. Generazione di traiettorie punto-punto e con punti di attraversamento mediante polinomi cubici. Generazione di traiettorie punto-punto e con punti di via mediante raccordi lineari-quadratici.Traiettorie nello spazio operativo. Singolarità cinematiche.
Programma esteso
Bibliografia
C. Guarino Lo Bianco, "Modellistica e controllo dei manipolatori industriali", www.lulu.com, 2020.
L.Sciavicco e B.Siciliano, ``Robotica industriale: modellistica, pianificazione e controllo'', terza edizione, McGraw-Hill Italia, 2008.
J.Craig, ``Introduzione alla robotica'', quarta edizione, Pearson, 2020.
Metodi didattici
Il corso viene svolto tramite lezioni orali frontali che prevedono tanto argomenti teorici che esercitazioni svolte in aula dal docente.
Il corso prevede una serie di esercitazioni svolte al calcolatore in ambiente Scilab/Xcos (open source), durante le quali verrà studiata la dinamica dei manipolatori robotici.
Dipendentemente dalla situazione dell'emergenza Covid, le lezioni potrebbero essere anche svolte con modalità a distanza.
Modalità verifica apprendimento
Le prove di esame sono svolte per iscritto e si dividono in due parti:
nella prima parte (Parte A), della durata di 1h:30m, è richiesta la soluzione di esercizi di cinematica diretta e inversa (punteggio massimo 32/30),
nella seconda parte (Parte B), della durata di 1h:30m, è richiesta la trattazione di argomenti teorici sviluppati nel Corso (punteggio massimo 32/30).
La Parte A può essere superata mediantei due prove intermedie eseguite durante lo svolgimento delle lezioni.
L'esame è superato se si è conseguito un voto superiore a 18/30 in entrambe le prove.
Il voto finale è ottenuto come media dei risultati delle due parti, cui viene aggiunto il punteggio acquisito nelle attività di laboratorio (punteggio massimo 2/30).
Se il voto finale supera i 30/30 viene attribuita la lode.
Dipendentemente dalla situazione dell'emergenza Covid, le prove di esame potranno essere svolte in presenza (soddisfacendo i requisiti di sicurezza prescritti) oppure online.
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
