B020502 - ROBOTICA INDUSTRIALE

Italiano. English if required by at least 3 students

1 Cinematica di manipolatori
2 Cinematica differenziale e statica
3 Dinamica
4. Pianificazione di traiettorie
5. Controllo del movimento

B. SICILIANO, L. SCIAVICCO LORENZO, L. VILLANI, G. ORIOLO, "ROBOTICA:
MODELLISTICA, PIANIFICAZIONE E CONTROLLO," THE MCGRAW-HILL
COMPANIES
Pubblicazione: 04/2008 (640 pagine, 37.00 Euro)
Il testo e` anche disponibile in lingua inglese:
B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo, Robotics ? Modelling, Planning and
Control, Springer, London, UK, 2009

Fare acquisire agli allievi familiarità con i robot maggiormente utilizzati nelle
applicazioni industriali e non. Trovandosi la robotica al confine tra varie aree come
Meccanica, Elettronica, Automatica, Informatica, il corso, oltre a sviluppare in
dettaglio gli argomenti di Meccanica necessari per l'analisi e la sintesi di strutture di
robot, dovrà fornire strumenti per la comprensione del funzionamento delle parti di
un robot che afferiscono a discipline che sono fuori dal bagaglio culturale medio
dell'allievo ingegnere elettronico. Ciò al fine di creare, per lo meno, un linguaggio
comune con colleghi con diversa specializzazione, secondo l'impostazione
meccatronica della progettazione, già digerita da tempo in altre nazioni.
Conoscenza delle più comuni tipologie di robot manipolatori e robot mobili.
Conoscenza del problema cinematico diretto ed inverso e della cinematica
differenziale.
Conoscenza delle tipologie di componenti elettromeccanici (sensori, attuatori,
organi di trasmissione) utilizzati nei robot industriali.
Conoscenza delle tecniche e delle architetture di controllo più comunemente
utilizzate nei robot industriali. Capacità di analizzare un robot industriale a catena
aperta semplice utilizzando il metodo di Denavit-Hartenberg, per quanto riguarda la
modellazione cinematica, e le equazioni di Lagrange per quanto riguarda la
modellazione dinamica.

Conoscenze di:
- Geometria Analitica e Algebra Lineare;
- Fisica generale I e II;
- Fisica matematica (desiderata ma non indispensabile);
- Modellazione e Controllo di sistemi LS (LTI).

35 ore di lezioni ex cathedra piu` 15 ore di esercitazioni per un totale di 50 ore
previste. Compatibilmente con la disponibilità del laboratorio informatico, parte delle
esercitazioni saranno svolte con l'utilizzo del personal computer in ambiente
Matlab/Simulink.
Durante il corso saranno possibilmente svolte una o piu` visite presso aziende che
sviluppano e/o utilizzano robot industriali.

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Prova orale. Di solito saranno poste tre domande alcune delle quali (una o due) su argomenti di teoria e le altre riguardanti lo svolgimento di un esercizio o l'applicazione della teoria.

1 Cinematica di manipolatori
1.1 Metodi per la rappresentazione dell'orientazione: matrici di rotazione, angoli di
Euler ZYZ, Rappresentazione asse-angolo
1.2 Matrici di trasfomazione omogenea
1.3 Il metodo di Denavit-Hartenberg applicato a cinematismi seriali
1.2 Cinematica diretta ed inversa di manipolatori.
2 Cinematica differenziale e statica
2.1 Jacobiano geometrico, jacobiano analitico e loro calcolo.
2.2 Soluzione del problema statico di un manipolatore con il principio dei lavori
virtuali e la trasposta dello jacobiano.
2.3 Singolarità cinematiche e loro studio
2.4 Analisi della ridondanza
2.5 Inversione della cinematica differenziale
e relativi algoritmi
2.6 Ellissoidi di manipolabilità
3 Dinamica
3.1 Problema dinamico diretto e problema dinamico inverso
3.2 Equazioni di Lagrange per sistemi olonomi e loro applicazione a semplici
sistemi a 1 o 2 DOF.
3.3 Applicazione delle equazioni di Lagrange alla determinazione della dinamica
inversa di un manipolatore.
3.4 Proprietà del modello dinamico dei manipolatori
3.5 Identificazione dei parametri dinamici
3.6 Modello dinamico nello spazio operativo
4. Pianificazione di traiettorie
4.1 Percorso geometrico e traiettoria
4.2 Traiettorie nello spazio dei giunti
4.3 Traiettorie nello spazio operativo
5. Controllo del movimento
5.1 Controllo nello spazio dei giunti e nello spazio operativo
5.2 Classificazione: controllo centralizzato e decentralizzato
5.3 Controllo indipendente al giunto
5.4 Controllo con compensazione in avanti a coppia calcolata
5.5 Controllo centralizzato
5.6 Controllo nello spazio operativo
5.7 Confronto tra le varie tecniche di controllo
Elenco degli argomenti oggetto di esercitazioni
1. Richiami di algebra lineare
Matrici - Vettori - Trasformazioni lineari - Autovalori e autovettori - Forme bilineari e quadratiche - Pseudoinversa - Decomposizione ai
valori singolari
2. Dinamica
Calcolo del modello dinamico per alcune strutture di manipolatori con il metodo di
Lagrange
3. Pianificazione di traiettorie
Algoritmi di generazione di traiettorie con leggi orarie paraboliche, cubiche,
quintiche, spline
4. Controllo del moto libero
Confronto tra algoritmi di controllo del movimento di tipo centralizzato e
decentralizzato