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.
Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di analizzare un sistema robotico e di progettarne il sistema di controllo.
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.
Conoscenze di base di Controlli Automatici, Misure Elettroniche, Elettronica, Fondamenti di Informatica.
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.
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.
[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
Il materiale didattico, le slide delle lezioni ed alcune dispense sono disponibili sul sito STUDIUM.
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] |
The exam consists in the presentation of the laboratory experiments performed, in a report and in an oral dissertation.
Differential kinematics. Jacobian computation. Statics. Redundant manipulators. Kalman filter. Markov localization. Decentralised control.