Anno:periodo5:1 Lezioni,esercitazioni,laboratori:6+2+1 (oresettimanali) Docente:BasilioBona (collab.:MarinaIndri)
Ilrobotèun'apparecchiaturacomplessasiasotto l'aspettomeccanico,sia sotto l'aspetto del controllo; perla comprensione e lasoluzione delleproblematiche di gestione e con-trollo dei robot sono necessarieconoscenzeintegrate di tipo automatico, informatico e meccanico.
Il corso ha l'obbiettivo principale di introdurre le moderne tecniche di controllo dei robot industriali, presentando sia le tecniche adottate a livello industriale sia alcune metodologie di controllo avanzato,utili in generale anche per la soluzione di problemi di controllo non strettamente legatialsettore della robotica. A questo fine fornisce agli studenti le basi fisico-matematiche dicinematica, staticae dinamica, che permettonodi giungere alla definizione delmodellodinamico del robot industriale.
Data la natura di base del corso,non sono previsti argomenti legati alla robotica avan-zata(robot mobili, organi di manipolazione ,intelligenza artificiale,sensori di visione, ecc.).
Il corso non si rivolge soltanto a quanti sono strettamente interessati alla robotica indu-striale, ma possiede un carattere generale, in quanto presenta, applicandole ad una struttura elettromeccanica complessa,una serie di metodologie e di.tecniche utili anche per coloro chesi occuperanno di automatica e controlli in senso lato.
REQUISITI
Per le lezioni: sicuramente importante una conoscenza "attiva" di algebra lineare;
vettori, matrici,spazi lineari"basi,trasformazioni, determinanti, autovalori,autovettori, e tutto quanto il bagaglio solito. È certamente importante una predisposizione alla comprensione dei fenomeni fisici,soprattutto elettromeccanici, ed una certa capacità di comprendere concetti geometrici di difficile visualizzazione, come le roto-traslazioni tridimensionali,di cui si parlerà molto nella prima parte del corso. Per quanto riguarda la parte di controllo, non è richiesta alcuna conoscenza particolare, se non quella acquisita ai corsi diControlli automatici(generale o speciale). Si darà per acquisita la conoscenza dei motori incorrente continua,visti come modello dinamico di trasforma-zione tra tensione e spostamento.
Per le esercitazioni sperimentali: è richiesta una conoscenza di base dei linguaggi MATLAB,SIMULINK e C(che non verranno spiegati), nonché una certa predisposi -zione (o la volontà di imparare)a lavorare su apparecchiature "delicate"e costose, che richiedonouna certa attenzione da parte di chi le usa.
PROGRAMMA. [78 ore]
I Parte. [36 ore]
Geometria dellerototraslazioni. [12 ore]
Sistemi di riferimento, rotazioni, traslazioni,rappresentazioni della rotazione (matrici ortonormali, parametri di Eulero,quaternioni, vettori di Eulero e di Rodrigues), rappre-sentazioni della rototraslazione di un corpo rigido,matrici omogenee.
Cinematica. [12 ore]
Convenzioni di Dena vit-Hartenberg, funzione cinematica diretta e inversa della posi-zione, funzione cinematica diretta e inversa della velocità, jacobiano e sue proprietà, singolarità cinematiche.
Statica. [4 ore]
Relazione statica tra forza esterne applicate e momenti ai giunti,jacobiano trasposto e sue propriet à,elasticità della struttura.
Dinamica. [8 ore]
Momento della quantità di moto,tensori di inerzia,equazion idi Newton-Eulero ,
equa-zioni diLagrange,equazione dinamicadelrobot rigido,proprietàdelle matricid'inerzia
edeitermini non lineari, passività.
11 Parte. [42 ore]
Pianificazione della traiettoria. [6ore]
Impostazione del problema, pianificazione mediante coordinata curvilinea, pianifica-zione trapezoidale della velocità, pianificazione coordinata, pianificazione cartesiana, pianificazione dell'assetto.
Controllo lineare. [8 ore]
Controllo a giunti indipendenti,problematiche dovute alla non linearità e variabilità nel tempo dei parametri dinamici.
Controllo non lineare. [12 ore]
Controllo di coppia calcolata, linearizzazione globale esatta ingresso-uscita,
lineariz-,zazione approssimata,controllorobustificante. .
Controllo diforza. [6 ore]
Interazione delrobot con l'ambienteesterno,vincoli cinematici, controllo di rigidezza a uno e più gradi di libertà, controllo mediante retroazione di forza, controllo di impe -denza,impostazione e problematiche del controllo ibrido forza/posizione.
Controllo adattativo. [lOore]
Illustrazione di tecniche di controllo adattativo basate sulla coppia calcolata e sulla conservazione della proprietà di passività, analisi della stabilità mediante funzione di Liapunov.
ESERCITAZIONI [26 ore]
Le esercitazioni in aula svolgeranno esempi numerici relativi alle varie tecniche spiegate a lezione, con particolare attenzione a quegli aspetti che saranno argomento dell'esame.
Durante le esercitazioni verranno illustrati alcuni temi d'esame passati per evidenziarne l'impostazione generale ed il tipo di risposta attesa.
LABORATORIO [12 ore]
Le esercitazioni sperimentali si svolgeranno presso il LADISPE in gruppi di 4-5 studenti;verrà utilizzato un manipolatore planarecontrollato da scgeda DSP montata su Pc. Gli studenti, dopo avere eseguito alcune esercitazioni di base (movimento del manipolatore nello psazio dei giunti, nello spazio cartesiano, raccolta dati ed esperimenti vari di monitoraggio e tracciamento.di grafici)'dovranno progettare e realizzare semplici leggi di controllo digitale. Al termine dovranno predisporre una
relazione scritta di gruppo, che costituirà elemto di valutazione, come di seguito specificato.
BIBLIOGRAFIA Testo di riferimento:
Sono disponibili gli appuntipreparati dal docente.
Testiausiliari:
L.Sciavicco, B.Siciliano, Robotica industriale. Modellistica e Controllo di manipolatori,Mc-GrawHillItalia,1995
K.S. Fu, R.e. Gonzalez, e.s .G. Lee, Robotics : control, sensing, vision, and intelli-gence,McGraw-Hill(edizioneitaliana), 1989.
M.W.Spong,M. Vidyasaga~,Robot dynamicsandcontrol,Wiley,1989.
H. Asadae l-J.E.Slotine,Robotanalysisand control,Wiley,1986.
F.L. Lewis,e.T. Abdallah,D.M.Dawson,Controlofrobot manipulators,MacMillan, 1993.
ESAME
Gliesami cons istono in una prova scrittae in un colloquio relativoall'esercitazione di laboratorio.
Non è previstaalcunaaltra prova orale.
La prova scritta viene svolta in due ore;lo studente deve rispond ere a tre domande, eventualmente articolate in sottodomande, ogni domanda comporta un punteggio massimodi lO punti.Il punteggiofinalesaturaa 28/30 .
Il colloquio orale viene valutato con un punteggio compreso tra O e 4, che viene sommato al punteggio dellloscrittoper dare ilvoto finale.I colloqui avranno luogo in due soli periodi,uno immediatamentesuccessivo alla fine del corso, l'altro nella ultima settimana dell'appellodi febbraio. L'ordine con cuivengonosvolti lo scritto e l'oraleè ininfluente sul voto finale.
Lo studente ha la facoltà di ritirarsiin qualsiasimomento durante losvolgimento della prova scritta, oppure di non consegnar e l'elaborato (talvolta viene concesso anche un breveperiodo di "ripensamento"successivo alla consegna).in tal caso lostudente può ripresentarsi in qualsiasi momento nei successivi esami. qualora invece l'elaborato d'esamevenga corretto dal docente,lostudente può rifiutare ilvoto, main tale caso non potrà presentarsi alla prova scrittaimmediatamente successiva nella stessa sessione.
Non è prevista la correzione in aula dei compiti; questi verranno mostrati agli studenti che nefaranno richiestaall'atto della registrazionedell'esame.
Gli elaborati vengono conservatiper cinque anni.
La raccolta dei temid'esamedegli anni precedenti sarà disponibilea partire dal mese di dicembre.