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 sulla pagina Classroom (https://classroom.google.com/) e sulla pagina Moodle (https://informatica.unibas.it/moodle) del corso.
• 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 Google Meet (saranno fissati appuntamenti periodici) o e-mail, alla fine della lezione oppure attraverso il forum della pagina di Moodle.

24/02/2022, 06/04/2022, 10/05/2022, 28/06/2022, 28/07/2022, 27/09/2022, 08/11/2022, 15/12/2022

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.