B019383 - COMPLEMENTI DI ROBOTICA

Italiano o Inglese

- B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo, 2008. Robotica: modellistica, pianificazione e controllo, terza edizione, McGraw-Hill.

- T.I. Fossen, 1994. Guidance and Control of Ocean Vehicles, 1st ed., John Wiley & Sons Ltd (per approfondimenti).

- R. Hartley and A. Zisserman, 2003. Multiple View Geometry in Computer Vision, 2nd ed., Cambridge University Press (per approfondimenti).

cc1: La conoscenza approfondita degli aspetti teorico-scientifici dell'ingegneria, sia in generale sia in modo approfondito relativamente a quelli dell'ingegneria meccanica, nella quale sono capaci di identificare, formulare e risolvere, anche in modo innovativo, problemi complessi o che richiedono un approccio interdisciplinare. La capacità di comprendere un contesto multidisciplinare in ambito ingegneristico e di operare in ottica problem solving., cc10: La conoscenza del settore dell’automazione e della controllistica. La conoscenza di sistemi meccatronici.
ca4: La capacità di realizzare progetti ingegneristici adeguati al loro livello di conoscenza e di comprensione, lavorando in collaborazione con ingegneri e non ingegneri. I progetti possono riguardare componenti, apparati e sistemi meccanici di vario genere e per le più ampie applicazioni., ca7: La capacità di definire, progettare e condurre le indagini utili alla comprensione dei problemi, attraverso l’uso di modelli e tecniche sia teorici che sperimentali., ca12: La capacità adeguata di comprensione delle fonti in lingua inglese., ca15: La capacità di raggiungere una preparazione adeguata per poter accedere al terzo livello degli studi universitari (frequenza a master di secondo livello ed a scuole di dottorato), in modo da approfondire ulteriormente conoscenze e capacità nell’ambito della ricerca.

E' preferibile che lo studente abbia seguito in precedenza il corso di Robotica Industriale (sebbene ciò non sia obbligatorio).

Lezioni frontali ed esercitazioni in classe.

Esame orale obbligatorio. Eventuale discussione di un elaborato scelto durante il corso (elaborato facoltativo).
Tipicamente 3 domande inerenti agli argomenti del corso. Le domande possono essere riassunte, in linea di massima, nelle seguenti categorie: modellazione cinematica e/o dinamica di sistemi meccanici, vincoli olonomi ed anolonomi e studio di controllabilità, teoria di varie tecniche di controllo, asservimento visivo, esercizi relativi agli argomenti del corso.
Lo studente dovrà dimostrare una conoscenza sufficiente degli argomenti, capacità di ragionamento critico ed efficacia e competenza nell'esposizione.

Richiami di dinamica analitica. Coordinate lagrangiane. Equazioni di D'Alembert-Lagrange.
Sistemi olonomi ed anolonomi. Equazioni di Lagrange di seconda specie. Esempi di calcolo delle componenti lagrangiane delle forze attive.

Spazio di configurazione di un sistema meccanico. Coordinate lagrangiane o generalizzate. Varietà differenziabile, spazio tangente, campi vettoriali, distribuzioni. 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.

Richiami su moti piani e sul centro di istantanea rotazione. Richiami sul controllo a dinamica inversa.

Introduzione al backstepping control. 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.

Introduzione alla robotica sottomarina. Cinematica e dinamica di un veicolo subacqueo. Tecnica di controllo PID SISO.

Controllo sliding mode di sistemi ad un solo ingresso.
Chattering del segnale di controllo e metodi per evitarlo: boundary layer, second order sliding.

Controllo robusto di manipolatori.

Introduzione al Visual Servoing. Tipi di telecamere. Sensori a CCD e a C-MOS. Modello pinhole camera. Distanza focale. Modello di telecamera full perspective. Effetto di distorsione della lente e tecnica di undistortion. Calibrazione di una telecamera. Elementi di geometria proiettiva (omografie). Structure from motion.

Esercitazioni:

1) Esercizio svolto in aula: modellazione dinamica del pendolo di Furuta (massa concentrata).

2) Svolgimento in aula di esercizi sulla controllabilità di sistemi anolonomi: uniciclo su piano, sfera su piano, veicolo di tipo differential drive.

3) Esercizio svolto in aula: controllo in backstepping di un motore cc che comanda la rotazione di un volano.

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 (massa su piano con attrito).