ROBOTICS

ING-INF/04 - 9 CFU - 2° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

GIOVANNI MUSCATO
Email: gmuscato@dieei.unict.it
Edificio / Indirizzo: Edificio 3 - Città Universitaria
Telefono: 095-7382321
Orario ricevimento: http://www.dieei.unict.it/docenti/giovanni.muscato
LUCIANO CANTELLI


Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione

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.

Conoscenze e capacità di comprensione applicate

Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di analizzare un sistema robotico e di progettarne il sistema di controllo.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

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.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.


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.

La frequenza è indispensabile per lo svolgimento delle esercitazioni di laboratorio.



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

 ArgomentiRiferimenti testi
1Introduction. Applications of robots. (2 hours)[1] 
2Direct kinematics (4 hours)[2] 
3Inverse kinematics (3 hours)[2] 
4Differential kinematics. Jacobian. (2 hours)[2] 
5Differential kinematics: singularities, redundancy (2 hours)[2] 
6Differential kinematics: Inverse differential kinematics, Analytical Jacobian (3 hours)[2] 
7Orientation errors (3 hours)[2] 
8Statics Manipulability Ellipsoid,(2 hours)[2] 
9Trajectory planning and Dynamics (2 hours)[2] 
10Decentralised control (2 hours)[2] 
11PD control with gravity compensation (2 hours)[2] 
12Control with feedback linearization (2 hours)[2] 
13Introduction to mobile robots (4 hours)[3] 
14Mobile robots localization (2 hours)[3] 
15Mobile robots mapping (2 hours)[3] 
16Markov localization Kalman filter localization (2 hours)[3] 
17Quadrotor modelling and control (3 hours)[4] 
18Underwater robots (1 hour)[4] 
19Inertial Measurement Units (1 hour)[4] 
20Satellite Localization Systems., GNSS, DGPS, Galileo (2 hours)[4] 
21Mobile robots Control (3 hours)[3] 
22MATLAB Robotics toolbox, kinematics, control and simulation of manupulators and mobile robots (9 hours)[4] 
23KUKA and AUBO manipulator programming (2 hours)[4] 
24Mobile robots laboratory exercise. Examples of robots, Agriculture, climbing volcanoes, demining (10 hours)[4] 
25Robotic sensors overview and exercise (5 hours)[4] 
26Quadrotor laboratory exercise (2 hours)[4] 
27ROS programming (2 hours)[4] 


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.

Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Differential kinematics. Jacobian computation. Statics. Redundant manipulators. Kalman filter. Markov localization. Decentralised control.




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