Fabrizio CACCAVALE | ROBOTICA

Italiano

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).

• 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.
• 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.
• 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. 
• 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.
• Capacita? 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”:

• conoscenza di algebra lineare (vettori e matrici) e di fondamenti del calcolo differenziale in più variabili;
• conoscenze dei concetti fondamentali di cinematica e dinamica del corpo rigido;
• metodologie fondamentali di analisi dei circuiti e dei sistemi dinamici e di elaborazione di segnali; 
• capacità di realizzare algoritmi di calcolo in linguaggi procedurali.

• Introduzione alla robotica (4 ore di lezione)
• Cinematica dei manipolatori a catena aperta (12 ore di lezione, 8 ore di esercitazione)
• Cinematica differenziale e statica dei manipolatori a catena aperta (8 ore di lezione, 6 ore esercitazione)
• Dinamica dei manipolatori a catena aperta (2 ore di lezione)
• Pianificazione di traiettorie (4 ore di lezione, 4 ore di esercitazioni)
• Controllo (2 ore di lezione)
• Sistema sensoriale e unità di governo (4 ore di lezione)

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.

Il corso è organizzato nel seguente modo:

• lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso (36 ore);
• 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:

• 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;
• 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 sulla pagina Moodle del corso (https://informatica.unibas.it/moodle).
• Testi di riferimento:
  • B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo. Robotica: Modellistica, Pianificazione e Controllo (III edizione). McGraw-Hill, Italia, 2008

All’inizio del corso il docente descrive obiettivi, programma e metodi di verifica del corso, indicando dove reperire il materiale didattico on line.

L’orario di ricevimento è fissato per il Mercoledì dalle ore 10:30 alle ore 12:30 presso lo studio del docente, V piano dell’edificio di Ingegneria, campus di Macchia Romana. Oltre all’orario di ricevimento settimanale, il docente e? disponibile in ogni momento per un contatto con gli studenti, via e-mail, alla fine della lezione oppure attraverso il forum della pagina di Moodle.

25/02/2021, 06/04/2021, 06/05/2021, 24/06/2021, 27/07/2021, 28/09/2021, 09/11/2021, 16/12/2021

Potrebbero subire variazioni: consultare la pagina web del docente o del Dipartimento/Scuola per eventuali aggiornamenti

Normalmente, il corso prevede seminari o lezioni tematiche tenute esperti esterni. Date e argomenti saranno resi noti durante il corso.