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Foundations of Robotics

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SSD: ING-INF/04
CFU: 9

Insegnamenti propedeutici (se previsti dall'Ordinamento del CdS)

Nessuno.

Eventuali prerequisiti

Conoscenze di base su: algebra lineare, modellistica dei sistemi meccanici ed elettrici, sistemi di controllo a ciclo chiuso.

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire le competenze di base per la modellistica, la pianificazione e il controllo del moto dei robot.

Risultati di apprendimento attesi 

Conoscenza e capacità di comprensione

Il percorso formativo intende fornire agli studenti gli strumenti metodologici per la modellistica, la pianificazione e il controllo dei robot. Vengono introdotti i componenti di un robot, i modelli cinematici, statici e dinamici dei robot manipolatori, le tecniche di pianificazione di traiettoria e gli schemi di controllo. Lo studente deve dimostrare di avere appreso quali sono i requisiti dei sistemi dedicati al controllo dei robot, sulla base dei modelli impiegati. Lo studente deve inoltre dimostrare la conoscenza nella derivazione di modelli e nella validazione degli algoritmi per l’inversione cinematica e il controllo mediante strumenti di simulazione.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente deve dimostrare di saper derivare i modelli cinematici, statici e dinamici e di saperli applicare a casi di studio pratici riguardanti i robot manipolatori a catena aperta. A partire da questi, deve dimostrare di saper progettare schemi di controllo che risolvano i problemi di regolazione e di inseguimento di traiettoria e di saperli validare in ambiente Matlab/Simulink®.

Programma - Syllabus

  • Robotica industriale e robotica avanzata
  • Descrizione e principi di funzionamento di un robot
  • Cinematica diretta
  • Calibrazione cinematica
  • Cinematica differenziale e Jacobiano
  • Ridondanza e singolarità
  • Algoritmi per l’inversione cinematica
  • Dualità cineto-statica
  • Pianificazione di traiettorie nello spazio dei giunti e nello spazio operativo
  • Attuatori e sensori
  • Unità di governo
  • Modello Lagrangiano
  • Proprietà notevoli del modello dinamico
  • Algoritmo ricorsivo di Newton-Eulero
  • Identificazione dei parametri dinamici
  • Dinamica diretta e dinamica inversa
  • Controllo decentralizzato
  • Controllo indipendente ai giunti
  • Controllo centralizzato
  • Controllo a coppia precalcolata
  • Controllo PD con compensazione di gravità
  • Controllo a dinamica inversa
  • Controllo robusto e adattativo
  • Controllo nello spazio operativo

Materiale didattico

Si veda il sito web del docente della materia.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Il docente utilizzerà: a) lezioni frontali per circa il 70% delle ore totali, b) esercitazioni in aula per circa il 30% delle ore totali

Verifica di apprendimento e criteri di valutazione

Modalità di esame

L'esame si articola in prova solo orale e discussione di elaborato progettuale.

Al colloquio orale si viene ammessi dopo lo svolgimento di un elaborato progettuale in Matlab/Simulink® riguardante la simulazione di algoritmi di inversione cinematica e sistemi di controllo per robot manipolatori. L’esame consiste in una discussione critica dell’elaborato e nell’accertamento dell’acquisizione dei concetti e dei contenuti introdotti durante le lezioni.