Fabrizio CACCAVALE | ROBOTICA

Indicazione della lingua insegnamento

L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti gli elementi essenziali per la modellazione e l’analisi di
manipolatori robotici, con particolare riferimento ai manipolatori utilizzati in ambito industriale (robotica in ambienti
fortemente strutturati).
o Conoscenza e capacità di comprensione: lo studente deve dimostrare di conoscere e comprendere le
caratteristiche fondamentali dei sistemi robotici e del loro equipaggiamento (sensori, attuatori, unità di
governo); la cinematica del corpo rigido; la cinematica e la statica dei manipolatori robotici a catena
cinematica aperta; le tecniche fondamentali di pianificazione della traiettoria per manipolatori robotici; gli
elementi fondamentali della dinamica dei manipolatori robotici.
o Capacità di applicare conoscenza e comprensione: lo studente deve dimostrare di essere in grado di
identificare correttamente la tipologia e il campo di impiego di un sistema robotico; identificare e valutare gli
elementi fondamentali di un sistema robotico; modellare correttamente la cinematica di un manipolatore
robotico; pianificare il compito di un manipolatore robotico in termini di moto assegnato; valutare le
prestazioni fondamentali di un manipolatore robotico.
o Autonomia di giudizio: lo studente deve essere in grado di saper valutare in maniera autonoma le proprietà
fondamentali e le prestazioni di un manipolatore robotico.
o Abilità comunicative: lo studente deve avere la capacità di presentare in maniera chiara, utilizzando, se
necessario, un linguaggio comprensibile anche a persone non esperte, le funzioni di un manipolatore
robotico in un contesto industriale, nonché gli aspetti principali dell’analisi delle prestazioni e della
pianificazione del compito di un manipolatore robotico.
o Capacità di apprendimento: lo studente deve essere in grado di consultare in maniera autonoma testi di
Robotica al fine di estendere le conoscenze di base acquisite nel corso, anche con riferimento a dominî
applicativi diversi da quello industriale (robotica in ambienti scarsamente strutturati).

È consigliabile avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze e metodologie fornite dagli insegnamenti di
matematica e fisica di base, nonché dai corsi di “Elettrotecnica”, “Segnali e sistemi” ed “Elettronica”:
o conoscenza di algebra lineare (vettori e matrici) e di fondamenti del calcolo differenziale in più variabili;
o conoscenze dei concetti fondamentali di cinematica e dinamica del corpo rigido;
o metodologie fondamentali di analisi dei circuiti e dei sistemi dinamici e di elaborazione di segnali;
o capacità di realizzare algoritmi di calcolo in linguaggi procedurali.

Introduzione alla robotica (4 ore di lezione): elementi caratterizzanti di un robot industriale; strutture di manipolazione; tipologie fondamentali di manipolatori.

Cinematica dei manipolatori a catena aperta (12 ore di lezione, 8 ore di esercitazione): matrici di rotazione e
rappresentazioni minime dell’orientamento; trasformazioni omogenee;

cinematica diretta: convenzione di Denavit-
Hartenberg, calcolo della cinematica diretta di strutture di manipolazione; spazio dei giunti e spazio operativo;
caratterizzazione di strutture di manipolazione: spazio di lavoro, ridondanza cinematica, ripetibilità ed accuratezza;
cenni alle tecniche di calibrazione cinematica; cenni alla risoluzione in forma chiusa della cinematica inversa.
Cinematica differenziale e statica dei manipolatori a catena aperta (8 ore di lezione, 6 ore esercitazione): Jacobiano
geometrico e Jacobiano analitico; analisi della ridondanza cinematica; singolarità cinematiche; soluzioni algoritmiche
della cinematica inversa; statica dei manipolatori; misure di manipolabilità.
Dinamica dei manipolatori a catena aperta (2 ore di lezione): formulazione di Lagrange; proprietà notevoli del
modello dinamico; cenni alla identificazione dei parametri dinamici; dinamica diretta ed inversa.
Pianificazione di traiettorie (4 ore di lezione, 4 ore di esercitazioni): tecniche di pianificazione delle traiettorie nello
spazio dei giunti; tecniche di pianificazione delle traiettorie nello spazio operativo.
Controllo (2 ore di lezione): tipologie e schemi di principio di controllo del moto: controllo nello spazio dei giunti e
nello spazio operativo; cenni al controllo dell’interazione.
Sistema sensoriale e unità di governo (4 ore di lezione): sensori e attuatori, architettura funzionale di una unità di
governo per robot industriali; cenni alle architetture hardware; ambienti di programmazione.

indicazione del programma esteso

Il corso è organizzato nel seguente modo:
o lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso (36 ore);
o esercitazioni in aula e illustrazione di esempi di progettazione di software per la pianificazione e il controllo
cinematico di sistemi robotici (18 ore).

Nell’ultima parte del corso gli allievi sono invitati a comporre dei gruppi per lo sviluppo di un elaborato progettuale. A
ciascun gruppo viene assegnato un elaborato progettuale, il cui argomento può essere proposto dal gruppo stesso.
Per poter sostenere l’esame è necessario consegnare l’elaborato progettuale entro la scadenza comunicata negli
avvisi di prove d’esame (tipicamente 1 settimana). L’elaborato sarà preventivamente valutato dal docente: se non è
considerato soddisfacente, il docente può chiedere modifiche e/o integrazioni.
L’esame consiste in una prova orale suddivisa in due parti:
o la prima parte consiste nella discussione dell’elaborato progettuale ed è tesa a valutare il grado di maturità
ed autonomia nell’affrontare problemi applicativi nell’ambito della Robotica, nonché le capacità di
presentare in modo chiaro e sintetico il lavoro svolto;
o nella seconda parte sarà valutata la capacità di collegare e confrontare gli argomenti trattati durante il corso.
Il voto finale sarà determinato sulla base della correttezza e della profondità dell’elaborato, nonché sulla capacità
dell’allievo di esporlo in maniera chiara ed esaustiva, e dell’accertamento della capacità di collegare e confrontare
argomenti e metodologie apprese durante il corso.

Lucidi delle lezioni disponibili su http://www2.unibas.it/caccavale/rob.html.
o Testi di riferimento:
ü B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo. Robotica: Modellistica, Pianificazione e Controllo (III
edizione). McGraw-Hill, Italia, 2008

indicazione di altre informazioni