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B028299 - COMPLEMENTI E LABORATORIO DI ROBOTICA
Principali informazioni
Lingua Insegnamento
Contenuto del corso
Libri di testo consigliati
Obiettivi Formativi
Prerequisiti
Metodi Didattici
Modalità di verifica apprendimento
Programma del corso
Anno Accademico 2019-20
Anno di corso
Secondo Anno - Primo Semestre
Dipartimento di Afferenza
Ingegneria dell'Informazione
Tipo insegnamento
Attività formativa monodisciplinare
Settore Scientifico disciplinare
ING-IND/13 - MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE
Crediti Formativi
9
Ore Didattica
72
Periodo didattico
23/09/2019 ⇒ 20/12/2019
Frequenza Obbligatoria
No
Tipo Valutazione
Voto Finale
Contenuto del corso
mostra
Programma del corso
mostra
Docenza
- Parte A RIDOLFI ALESSANDRO
- Parte B ALLOTTA BENEDETTO
Lingua Insegnamento - Parte A
Italiano o inglese
Lingua Insegnamento - Parte B
Italiano. Inglese se richiesto dagli allievi.
Contenuto del corso - Parte B
Questa parte del corso è di tipo pratico con l'eccezione di alcune lezioni introduttive all'uso del sistema ROS (Robotics Operating System), attualmente sempre più utilizzato nella realizzazione di sistemi robotici.
Libri di testo consigliati - Parte A (Cerca nel catalogo della biblioteca)
- 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).
- 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).
Libri di testo consigliati - Parte B (Cerca nel catalogo della biblioteca)
http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials
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
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
Obiettivi Formativi - Parte A
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.
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.
Obiettivi Formativi - Parte B
L'obiettivo di questa parte del corso è quello di far cimentare gli allievi con un problema pratico di robotica di campo. Allievi singoli o gruppi di due allievi dovranno elaborare il progetto e la realizzazione di un sottosistema di un robot di norma destinato ad operare in campo aperto (acqua, aria, terra) o in zone confinate (edifici e/o infrastrutture civili).
Prerequisiti - Parte A
E' preferibile che lo studente abbia seguito in precedenza il corso di Robotica Industriale (sebbene ciò non sia obbligatorio).
Prerequisiti - Parte B
L'allievo deve avere familiarità con i fondamenti della robotica: cinematica, dinamica, pianificazione del moto libero, sensori ed attuatori, tecniche di controllo decentralizzato e centralizzato
Metodi Didattici - Parte A
Lezioni frontali ed esercitazioni in classe.
Metodi Didattici - Parte B
Ad inizio corso i docenti proporranno agli allievi una lista di progetti da realizzare descrivendo, per ognuno di essi, gli obiettivi ed il contesto operativo. Gli allievi avranno alcune settimane di tempo per decidere sulla propria scelta. Nel frattempo sarà erogato il corso di ROS.
Modalità di verifica apprendimento - Parte A
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.
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.
Modalità di verifica apprendimento - Parte B
Per partecipare all'esame, gli allievi o gruppi di allievi dovranno consegnare una relazione finale sul progetto svolto che dimostri un sufficiente raggiungimento degli obiettivi fissati.
Programma del corso - Parte A
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).
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).