ROBOTICS
Anno accademico 2021/2022 - 2° annoCrediti: 9
SSD: ING-INF/04 - Automatica
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 136 di studio individuale, 49 di lezione frontale, 15 di esercitazione, 25 di laboratorio
Semestre: 2°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione
Il corso mira alla conoscenza del funzionamento di sistemi robotici in generale.
In particolare l'attenzione è rivolta sia ai manipolatori robotici che ai robot mobili per applicazioni industriali e di servizio.
Cinematica, Cinematica differenziale, Dinamica, Controllo e Programmazione di Robot Industriali. Cinematica, Calcolo di traiettorie, localizzazione e navigazione di robot mobili.
Conoscenze e capacità di comprensione applicate
Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di analizzare un sistema robotico e di progettarne il sistema di controllo.
Autonomia di giudizio
Gli studenti dovranno avere le competenze per poter analizzare un sistema robotico, nelle sue componenti e dovranno essere in grado di proporre soluzioni a problemi che richiedono l'impiego di sistemi robotici.
Abilità comunicative
Gli studenti dovranno possedere le proprietà di linguaggio e le terminologie tipiche dei sistemi robotici e dovranno essere in grado di comunicarne caratteristiche, prestazioni e modalità di funzionamento sia ad esperti del settore che a interlocutori non specialisti.
Capacità di apprendimento
GLi studi intrapresi potranno consentire lo svluppo ulteriore degli studi verso l'analisi e la progettazione anche di sistemi robotici più complessi in modo auto-diretto ed autonomo.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso è svolto mediante lezioni frontali attraverso l'uso di slide disponibili su lla piattaforma Studium.
Il corso comprende anche una serie di esercitazioni al calcolatore per la simulazione di robot e in laboratorio per lo sviluppo di esperienze pratiche di controllo e programmazione di sistemi robotici.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Conoscenze di base di Controlli Automatici, Misure Elettroniche, Elettronica, Fondamenti di Informatica.
Frequenza lezioni
La frequenza non è richiesta, seppure fortemente consigliata, per sostenere la prova di esame.
La frequenza è indispensabile per lo svolgimento delle esercitazioni di laboratorio.
Contenuti del corso
Introduzione: Sviluppi storici, Classificazione dei robot, Componenti di un robot. Applicazioni e Mercato della robotica. Cinematica e dinamica: Trasformazione cinematica diretta, Matrici di rotazione, Rappresentazione di Denavit-Hartenberg, Equazioni cinematiche dei manipolatori, Trasformazione cinematica inversa, Cinematica differenziale, Matrice Jacobiana, Statica, Rigidità e Cedevolezza, Ellissoidi di manipolabilità. Analisi della ridondanza. Equazioni della dinamica del Braccio di un Robot. Calcolo delle traiettorie di un manipolatore: Pianificazione della traiettoria, Traiettorie nello spazio dei giunti e nello spazio operativo. Controllo: Controllo in catena chiusa di un servomeccanismo di posizione, Regolatore P.I.D., Controllo decentralizzato; Controllo centralizzato, Controllo robusto, controllo adattativo. Controllo nello spazio operativo. Controllo dell'interazione, Controllo di forza, Controllo ibrido. Sensori e attuatori per la robotica: Sistemi di attuazione dei giunti, Azionamenti elettrici, idraulici e pneumatici, Sensori propriocettivi, Sensori esterocettivi. Visione per la robotica: Acquisizione delle immagini, Geometria dell'immagine, Relazioni di base tra i pixel, Preelaborazione, Segmentazione, Descrizione, Riconoscimento, Interpretazione. Controllo visuale di un robot. Service robot: Definizione di service robot, Applicazioni di Service robot. I robot mobili. Navigazione di un robot mobile, Dead Reckoning, Odometria, Map-Building, Map-Matching. Controllo di traiettorie di robot mobili. Robot non-olonomi. Esempi di Service robot. Laboratorio di robotica: Esperienze di programmazione e controllo di robot manipolatori e mobili.
Testi di riferimento
[1] B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo,“Robotica”, Mc Graw-Hill Italia
[2] B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo,“Robotics”, Springer
[3] R. Siegwart, I. Nourbakhsh, “Introduction to Autonomous Mobile Robots”, MIT Press
[4] Dispense del corso su Studium
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Introduction. Applications of robots. (2 hours) | [1] |
| 2 | Direct kinematics (4 hours) | [2] |
| 3 | Inverse kinematics (3 hours) | [2] |
| 4 | Differential kinematics. Jacobian. (2 hours) | [2] |
| 5 | Differential kinematics: singularities, redundancy (2 hours) | [2] |
| 6 | Differential kinematics: Inverse differential kinematics, Analytical Jacobian (3 hours) | [2] |
| 7 | Orientation errors (3 hours) | [2] |
| 8 | Statics Manipulability Ellipsoid,(2 hours) | [2] |
| 9 | Trajectory planning and Dynamics (2 hours) | [2] |
| 10 | Decentralised control (2 hours) | [2] |
| 11 | PD control with gravity compensation (2 hours) | [2] |
| 12 | Control with feedback linearization (2 hours) | [2] |
| 13 | Introduction to mobile robots (4 hours) | [3] |
| 14 | Mobile robots localization (2 hours) | [3] |
| 15 | Mobile robots mapping (2 hours) | [3] |
| 16 | Markov localization Kalman filter localization (2 hours) | [3] |
| 17 | Quadrotor modelling and control (3 hours) | [4] |
| 18 | Underwater robots (1 hour) | [4] |
| 19 | Inertial Measurement Units (1 hour) | [4] |
| 20 | Satellite Localization Systems., GNSS, DGPS, Galileo (2 hours) | [4] |
| 21 | Mobile robots Control (3 hours) | [3] |
| 22 | MATLAB Robotics toolbox, kinematics, control and simulation of manupulators and mobile robots (9 hours) | [4] |
| 23 | KUKA and AUBO manipulator programming (2 hours) | [4] |
| 24 | Mobile robots laboratory exercise. Examples of robots, Agriculture, climbing volcanoes, demining (10 hours) | [4] |
| 25 | Robotic sensors overview and exercise (5 hours) | [4] |
| 26 | Quadrotor laboratory exercise (2 hours) | [4] |
| 27 | ROS programming (2 hours) | [4] |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
The exam consists in the presentation of the laboratory experiments performed, in a report and in an oral dissertation.
Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Differential kinematics. Jacobian computation. Statics. Redundant manipulators. Kalman filter. Markov localization. Decentralised control.