MECCANICA DEI ROBOT
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- RAFFAELE DI GREGORIO
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-IND/13
Obiettivi formativi
- Il corso ha la finalità di fornire le conoscenze di base necessarie a scrivere in modo sistematico le equazioni di vincolo (modello cinematico) e le equazioni del moto (modello dinamico) di un sistema meccanico spaziale (robot). Le conoscenze acquisite nel corso servono per scrivere programmi di uso generale che simulano il comportamento cinematico e/o dinamico delle macchine, per mettere a punto algoritmi di controllo del moto di macchine automatiche e/o manipolatori ed, infine, per leggere la letteratura specializzata del settore.
Prerequisiti
- Corsi di Matematica sia di primo che di secondo livello, Fondamenti di Meccanica Tecnica (o Meccanica Razionale), Meccanica delle macchine automatiche (o Meccanica applicata alle macchine e Meccanica delle macchine e dei meccanismi) e Meccanica degli azionamenti.
Contenuti del corso
- STRUTTURA E CARATTERISTICHE GENERALI DEI ROBOT
- Il robot come esempio di meccanismo spaziale: Caratteristiche generali dei robot industriali (Testi: Cap. 1 di (I): tutto; (II))
CINEMATICA E STATICA DEI ROBOT
- Classificazione delle architetture delle macchine: concetto di anello; meccanismi seriali, paralleli ed ibridi (Testi: appunti presi a lezione)
- Meccanismi spaziali:
identificazione della postura; matrici di rotazione; parametrizzazione dell’orientamento; coordinate omogenee di un punto; matrici di trasformazione; equazioni di chiusura (anello); variabili di giunto e spazio dei giunti; spazio operativo; spazio di lavoro; analisi di posizione diretta (APD) ed inversa (API); convenzione di Denavit-Hartenberg; disaccoppiamento delle equazioni di chiusura nei manipolatori con polso sferico; soluzioni multiple dell’API e bordi dello spazio di lavoro; (Testi: Cap. 2 di (I): tutto; (II): PUMA; (III))
analisi di velocità: problema diretto (AVD) ed inverso (AVI), Jacobiano geometrico e Jacobiano analitico, singolarità dell’AVI o di tipo seriale, singolarità dell’AVD o di tipo parallelo (Testi: Cap. 3 di (I): 3.1-3.2-3.3-3.4-3.6-3.8; (III): manipolatori paralleli e classificazione delle singolarità)
analisi di accelerazione: problema diretto ed inverso, derivate della matrice Jacobiana, caso del manipolatore seriale e caso del manipolatore parallelo; (Testi: Cap. 7 di (I): 7.5.1; (II); appunti presi a lezione)
DINAMICA DEI ROBOT
- Richiami di dinamica del corpo rigido: (Testi: (II))
- Modelli dinamici (eq. del moto) di sistemi di corpi rigidi: Problema dinamico diretto e problema dinamico inverso; Formulazione lagrangiana della dinamica: calcolo dell’energia cinetica e contributo alle forze generalizzate dovuto alle forze d’inerzia, calcolo dell’energia potenziale della forza peso e contributo alle forze generalizzate dovuto al campo gravitazionale, calcolo del contributo alle forze generalizzate dovuto alle forze non conservative; Formulazione di Newton-Eulero della dinamica: modello dinamico del robot seriale, algoritmo ricorsivo, modello dinamico del robot parallelo (metodo dell’apertura della catena); (Testi: Cap. 7 di (I): tutto)
CONTROLLO DEI ROBOT
- Generazione della traiettoria (gdt): gdt nello spazio dei giunti e nello spazio cartesiano; Programmazione della traiettoria col modello dinamico. (Testi: (II); Cap. 4 e par. 7.7 di (I))
- Controllo di posizione: (Testi: (II))
- Controllo di forza: (Testi: (II); Cap. 9 di (I))
COMPONENTI DEI ROBOT
- Attuatori ed organi di trasmissione: Attuatori elettrici, pneumatici e idraulici. Riduttori. Calcolo del rapporto ottimo del riduttore di un giunto attuato. Elementi costruttivi delle coppie cinematiche. Bilanciamento statico. (Testi: (II))
(*) IL PROGRAMMA DETTAGLIATO È RIPORTATO NELLA SEZIONE “DISPENSE” DEL SITO WEB DEL CORSO Metodi didattici
- Lezioni teoriche/esercitazioni. Durante il corso, oltre alle lezioni teoriche, vengono assegnati degli esercizi che richiedono l’implementazione in ambiente MATLAB di alcuni degli algoritmi presentati a lezione e la redazione di brevi relazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Durante l’esame, viene valutata, tramite domande su argomenti del programma, la conoscenza organica degli argomenti svolti a lezione. Inoltre, la presentazione all’esame delle relazioni sulle esercitazioni assegnate è facoltativa, ma, se presentate, può portare ad un incremento del voto finale che va da 0 a 4 punti (viene dato un voto al quaderno delle esercitazioni).
Testi di riferimento
- IL corso è impostato supponendo che lo studente abbia a disposizione tutti i seguenti testi e/o documentazione integrativa
(I) B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Orioli, “Robotica: modellistica, pianificazione e controllo”, Ed. McGraw-Hill, Milano, 2008, ISBN: 88-386-6322-2.
(II) V. Parenti-Castelli, Dispensa disponibile presso il centro fotocopie (i capitoli di questa dispensa che riguardano gli argomenti del corso sono contenuti nei files indicati al punto (III)).
(III) Files scaricabili dalla sezione “Dispense” del sito del corso (http://www.unife.it/ing/lm.infoauto/meccanica-robot/) introducendo le proprie credenziali (username & password)
Per le esercitazioni in ambiente MATLAB assegnate durante il corso è opportuno disporre della "Robotics Toolbox" sviluppata dal Prof. Peter Corke che è liberamente scaricabile, previa registrazione, dal suo sito web (http://www.petercorke.com/Toolbox_software.html) unitamente al manuale.
TESTI CONSIGLIATI
- J. Angeles, “Fundamental of robotic mechanical systems,” Ed. Springer-Verlag, New York, Inc., seconda edizione 2003, ISBN: 0-387-953687-X.
- B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Orioli, “Robotica: modellistica, pianificazione e controllo”, Ed. McGraw-Hill, Milano, 2008, ISBN: 88-386-6322-2.
- L.-W. Tsai, “Robot analysis: the mechanics of serial and parallel manipulators,” Ed. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1999, ISBN: 0-471-32593-7
- G. Legnani, “Robotica industriale: cinematica e dinamica di robot seriali e paralleli; movimentazione controllo e programmazione; componenti meccanici, attuatori e sensori; prestazioni, normative e sicurezza”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2003, ISBN: 88-408-1262-8.
- K.-S. Fu, R. C. Gonzalez, C. S. G. Lee, “Robotica”, Ed. McGraw-Hill, Milano, ISBN 88-386-0617-X.
- R. Da Forno, “Dal corpo rigido al robot con MATLAB”, Ed. McGraw-Hill, Milano, ISBN 88-386-3414-9 (contiene anche dei pacchetti software)
