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Cristian SECCHI
Professore Ordinario
Dipartimento di Scienze e Metodi dell'Ingegneria
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Insegnamento: Controllo di Sistemi Robotici Industriali
Ingegneria meccatronica (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprensione: lo studente apprende la capacità di comprendere ed analizzare la metodologia e la tecnologia utilizzata nelle moderne applicazioni industriali per la robotica industriale e collaborativa e per la robotica mobile.
Il corso fornisce conoscenze sulla modellistica, la pianificazione e il controllo di robot industriali e collaborativi e le loro applicazioni nel contesto industriale.
Gli obiettivi formativi del corso, seguendo i descrittori di Dublino, sono i seguenti:
(1) Conoscenza e capacità di comprensione. Attraverso le lezioni teoriche lo studente comprende i concetti e i metodi necessari per la modellistica e il controllo del moto di robot industriali e collaborativi. Tali metodi includono modellistica tramite approccio di Eulero-Lagrange, modellistica cinematica, controllo del movimento e controllo di interazione.
(2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Attraverso le attività teoriche e di laboratorio lo studente apprende a modellare sistemi robotici e a progettare l’architettura di controllo di un manipolatore o di una piattaforma mobile. Inoltre, lo studente apprende le tecniche per la progettazione di una cella robotica collaborativa.
(3) Autonomia di giudizio. L’insegnamento fornisce agli studenti gli strumenti per valutare con spirito critico diverse tecniche di modellistica e di controllo di robot per implementare un’applicazione industriale o di servizio
(4) Abilità comunicative. Gli studenti impareranno a presentare e a discutere sulla robotica e sulle sue principali tecniche di controllo.
(5) Capacità di apprendimento. L’insegnamento fornisce le basi per l'applicazione della robotica in applicazioni industriali e di servizio.
Prerequisiti
Conoscenze di base di controllo di sistemi a un ingresso e a un'uscita. Conoscenze di base di analisi matriciale e di calcolo differenziale.
Programma del corso
(2 CFU)
- Introduzione alla robotica e ai suoi problemi di controllo. (Teoria)
- Modellistica dei Robot. Strutture cinematiche dei manipolatori, Spazio di giunto e spazio di lavoro, cinematica di un manipolatore, modello di Eulero-Lagrange, tassonomia delle ruote utilizzate nei robot mobili, strutture meccaniche di un robot mobile, modelli di robot mobili. (Teoria e Esercitazioni)
- Architettura di controllo. Manipolatori controllati in posizione. Manipolatori controllati in coppia. Attuazione dei robot mobili. Architetture di controllo per i manipolatori industriali e collaborative e per i robot mobili. (Teoria e Esercitazioni)
(2 CFU)
- Pianificazione del movimento. Percorso e traiettoria. Pianificazione con teach pendant. Teach by demonstration. Pianificazione automatica. Pianificazione nello spazio delle configurazioni. Cell Decomposition. PRM. RRT. Pianificazione mediante potenziali artificiali. (Teoria e Esercitazioni)
- Generazione della traiettoria. Il problema della generazione della traiettoria. Generazione della traiettoria nello spazio operativo e nello spazio di giunto. Traiettoria punto-punto. Traiettoria lungo una sequenza di via points. (Teoria e Esercitazioni)
(2 CFU)
- Controllo del moto. Controllo del moto per manipolatori cinematici nello spazio di giunto e nello spazio operativo. Controllo del moto per manipolatori dinamici nello spazio di giunto e nello spazio operativo. Controllo del moto per robot mobili. SLAM per robot mobili. (Teoria e Esercitazioni)
- Controllo di interazione. Controllo di forza diretto e indiretto. Controllo di impedenza. Controllo di ammettenza. (Teoria e Esercitazioni)
- Sicurezza nella robotica collaborativa. Elementi normativi per la sicurezza nei robot collaborativi. Integrazione della sicurezza nella robotica collaborativa. (Teoria)
Metodi didattici
Il corso prevede lezioni teoriche in aula (80%) ed esercitazioni in laboratorio (20%). La frequenza alle lezioni in aula non è obbligatoria ma fortemente consigliata.
La lingua del corso è l'italiano
Testi di riferimento
- Slides of the course
- Sciavicco, Siciliano, Villani, Oriolo, Robotica: Modellistica, Pianificazione e Controllo, Springer
Verifica dell'apprendimento
L'esame prevede una prova orale e la presentazione di una relazione relativa a un progetto pratico. La prova orale è volta a stabilire quale sia la conoscenza degli strumenti teorici illustrati a lezione mentre il progetto è volto a stabilire l'abilità dello studente nell'applicare la teoria appresa.Il voto finale è la media pesata delle due componenti: prova orale 70% - progetto 30%
La relazione relative al progetto deve essere consegnata entro il giorno prima della prova orale.
Risultati attesi
A seguito del completamento del corso e superamento del relativo esame lo studente sarà in grado di:
1) Conoscenza e capacità di comprensione:
1.a) Comprendere e saper descrivere i concetti di base delle architetture di controllo per i robot industriali
1.b) Comprendere e saper descrivere i concetti di base della modellistica dei manipolatori e dei robot mobili.
1.c) Comprendere e saper descrivere i concetti di base degli algoritmi di pianificazione del moto
1.d) Comprendere e saper descrivere i concetti di base degli algoritmi per la generazione della traiettoria
1.e) Comprendere e saper descrivere i concetti di base legati al controllo del moto di manipolatori robotici
1.f) Comprendere e saper descrivere i concetti di base legati al controllo del moto di robot mobili
1.g) Comprendere e saper descrivere i concetti di base legati ai robot collaborativi
2) Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
2.a) Progettare un algoritmo di pianificazione del moto
2.b) Progettare un algoritmo di generazione della traiettoria
2.c) Progettare un algoritmo di controllo del moto
2.d) Progettare un sistema di controllo per la movimentazione di un robot
2.e) Progettare un sistema di controllo per l’utilizzo di un robot collaborativo
3) Autonomia di giudizio:
3.a) Verificare il proprio grado di apprendimento e comprensione dei concetti esposti grazie alla possibilità d’intervento a lezione e alla possibilità rappresentata dal progetto
3.b) Riorganizzare le conoscenze apprese e implementare la propria capacità di valutazione critica e autonoma di quanto appreso.
4) Abilità comunicative:
4.a) Esprimere in modo corretto e logico le proprie conoscenze, riconoscendo l’argomento richiesto e rispondendo in modo puntuale e completo alle domande d’esame.
4.b) Utilizzare linguaggio e terminologia tecnica appropriata.
5) Capacità di apprendimento:
5.a) Applicare una metodologia efficace di studio che permetta di affrontare e risolvere problemi anche complessi e capitalizzare le nozioni apprese per proseguire il proprio percorso di studio.
5.b) Aggiornare le conoscenze acquisite in risposta a cambiamenti legati all’evoluzione tecnologica.