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)
Obiettivi Formativi
Fare acquisire all'allieva/o familiarità con la modellazione ed il controllo di sistemi meccanici.
Sapere ricavare modelli dinamici di sistemi meccanici composti da corpi rigidi. Saper ricavare modelli cinematici di veicoli su ruote e verificare la loro controllabilità nello spazio di configurazione. Per gli stessi veicoli saper ricavare modelli dinamici idonei alla sintesi di regolatori destinati al controllo del veicolo lungo una traiettoria di riferimento.
Prerequisiti
Per il modulo di "Modellistica e Controllo di Sistemi Meccanici":
nozioni di controllo classico: sistemi in retroazione, stabilità, prestazioni; spazio di stato; cinematica, dinamica, pianificazione e controllo del movimento di robot manipolatori.
Metodi Didattici
Lezioni frontali e svolgimento in aula di esercizi.
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale
Programma del corso
Richiami di dinamica analitica. Coordinate lagrangiane. Equazione di D'Alembert.
Sistemi olonomi e anolonomi. Equazioni di Lagrange di seconda specie. Esempi di calcolo delle componenti lagrangiane delle forze attive.
Spazio di configurazione di un sistema meccanico. Coordinate naturali e coordinate lagrangiane o generalizzate. Varietà differenziabile, spazio tangente, campi vettoriali.
Sistemi olonomi ed anolonomi. Spazio tangente ad una varietà, campi vettoriali, Lie bracket, teorema di Frobenius, teorema di Chow.
Metodologie per il controllo cinematico di sistemi anolonomi: ingressi di tipo periodico (sinusoidali). Applicazione al caso dell'uniciclo: cambio di variabili di configurazione e di ingresso. Parcheggio dell'uniciclo.
Modello cinematico dell'uniciclo. Progetto del sistema di controllo per l'inseguimento di una traiettoria con il metodo diretto di Lyapunov.
Storia, tipologie e metodi di navigazione utilizzati per gli AGV (Automated Guided Vehicles).
Controllo backstepping di un triciclo: controllo dell'uniciclo equivalente, calcolo dei controlli virtuali per l'uniciclo, trasformazione nel sistema di riferimento della motoruota e controllo a dinamica inversa della motoruota.
Controllo sliding mode di sistemi ad un solo ingresso.
Chattering del segnale di controllo e metodi per evitarlo: boundary layer, second order sliding.
Sliding mode control di sistemi lultivariabile. Modelli di incertezza. Teorema di Frobenius-Perron, calcolo dei guadagni.
Controllo robusto di manipolatori.
Introduzione al Visual Servoing. Il controllo eterocettivo. Architetture di controllo inner-outer loop. Tipi di telecamere. Sensori a CCD e a C-MOS. Modello pinhole camera. Distanza focale. Modello di telecamera full perspective: matrice della lente e matrice di campionamento spaziale.
Esercitazioni:
1) Svolgimento in aula di un esercizio di modellazione dinamica di un sistema ad un DOF: motoriduttore che aziona un pendolo ed un verricello in gravità.
2) Esercizio in aula su un pendolo di Furuta (massa concentrata). Svolto fino al calcolo di dq^T*J^T*J*dq.
3) Svolgimento in aula di esercizi sulla controllabilità di sistemi anolonomi: uniciclo, automobile semplificata.
4) Esercizio svolto in aula: applicazione del controllo sliding mode ad un motoriduttore con attrito ed incertezza del modello.
5) Esercizio svolto in aula: applicazione della tecnica di controllo robusto di manipolatori ad un sistema ad un grado di libertà