Corso di laurea magistrale in Automation Engineering and Control of Complex Systems
Anno accademico 2017/2018 - 2° anno
ROBOTICS
Docente titolare dell'insegnamento
GIOVANNI MUSCATOObiettivi formativi
Il corso mira alla conoscenza del funzionamento di sistemi robotici in generale.
Cinematica, Cinematica differenziale, Dinamica, Controllo e Programmazione di Robot Industriali. Cinematica, Calcolo di traiettorie, localizzazione e navigazione di robot mobili.
Il corso comprende 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.
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.
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
Altro materiale didattico
Il materiale didattico, le slide delle lezioni ed alcune dispense sono disponibili sul sito 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 | 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 (4 hours) | [4] |
| 23 | * | KUKA manipulator programming (2 hours) | [4] |
| 24 | * | Mobile robots laboratory exercise (15 hours) | [4] |
| 25 | * | Robotic sensors exercise (5 hours) | [4] |
| 26 | Quadrotor laboratory exercise (2 hours) | [4] | |
| 27 | ROS programming (2 hours) | [4] |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
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.
PROVE IN ITINERE
there are not intermediate exam, however the laboratory experiments are conducted during the course under the supervision of the teacher.
PROVE DI FINE CORSO
Students are required to agree with the teacher the date of the exam at least one week before and to book the closest date on the WEB site.
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI
Differential kinematics. Jacobian computation. Statics. Redundant manipulators. Kalman filter. Markov localization. Decentralised control.
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