34303 - MECCANICA DEI ROBOT M

Anno Accademico 2021/2022

  • Docente: Rocco Vertechy
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: ING-IND/13
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Ingegneria meccanica (cod. 5724)

    Valido anche per Laurea Magistrale in Ingegneria meccanica (cod. 5724)

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente acquisisce gli elementi di base della modellazione cinematica, statica e dinamica dei sistemi articolati in catena aperta (catene seriali) che stanno alla base degli attuali robot industriali.

Contenuti

Il corso affronta le tematiche di base per la generazione del modello cinematico, statico e dinamico per la simulazione di robot seriali (catene aperte) e meccanismi (catene chiuse) e si articola nelle seguenti sezioni:

  1. ORIGINE E STORIA DEI ROBOT. Introduzione. Origini. Stato attuale della robotica. Classificazione generale dei robot. Obiettivo della robotica industriale. Problematiche di studio della robotica industriale.
  2. STRUTTURA E CARATTERISTICHE GENERALI DEI ROBOT. Introduzione. Configurazione base di un robot. Il manipolatore. Il controllo. Sensori. Caratteristiche generali di un robot industriale.
  3. MATRICI DI TRASFORMAZIONE DELLE COORDINATE. Introduzione. Posizione e orientamento di un corpo rigido e sistemi di riferimento. Matrici per la trasformazione delle coordinate. Rotazioni e traslazioni. Trasformazioni omogenee.
  4. CINEMATICA DEI MANIPOLATORI. Introduzione. Modello cinematico di un manipolatore. Matrici di Denavit-Hartenberg e Litvin. Equazioni cinematiche. Gradi di libertà. Problema cinematico diretto. Problema cinematico inverso. Relazioni differenziali del moto. Modello cinematico del moto istantaneo. Rotazioni e traslazioni infinitesime. Jacobiano di un manipolatore. Determinazione analitica dello jacobiano. Calcolo numerico dello jacobiano. Singolarità. Cinematica inversa: risoluzione delle velocità. Manipolatori con gradi di libertà ridondanti: soluzione ottimale.
  5. MANIPOLATORI PARALLELI. Analisi cinematica diretta e inversa. Singolarità. Analisi statica e dinamica.
  6. STATICA DEI MANIPOLATORI. Introduzione. Analisi delle forze e dei movimenti. Bilanciamento di forze e momenti.
  7. DINAMICA DEI MANIPOLATORI (SERIALI E PARALLELI). Introduzione. Accelerazione di un corpo rigido. Formulazione delle equazioni del moto (Newton-Euler). Equazioni dinamiche in forma chiusa. Formulazione iterativa delle equazioni del moto. Interpretazione fisica delle equazioni dinamiche. Problema dinamico diretto. Problema dinamico inverso.
  8. GENERAZIONE DELLA TRAIETTORIA. Introduzione. Considerazioni generali sulla generazione e descrizione della traiettoria. Generazione della traiettoria nello spazio dei giunti e nello spazio cartesiano. Programmazione della traiettoria usando il modello dinamico.
  9. CONTROLLO DI POSIZIONE DEI MANIPOLATORI. Introduzione. Controllo di una massa ad un grado di libertà. Sistemi non lineari e tempo-varianti. Il problema del controllo per i manipolatori. Sistemi di controllo degli attuali robot industriali. Controllo adattativo.
  10. CONTROLLO DI FORZA DEI MANIPOLATORI. Introduzione. Applicazione dei robot industriali a compiti di assemblaggio. Sensori di forza. Problema del controllo ibrido di forza e di posizione. Schemi di controllo degli attuali robot.
  11. ATTUATORI DEI ROBOT INDUSTRIALI E TRASMISSIONE DEL MOTO. Introduzione. Attuatori elettrici. Attuatori pneumatici. Attuatori idraulici. Riduttori harmonic-drive e altri. Elementi costruttivi delle coppie cinematiche.
  12. CRITERI DI IMPIEGO DEI ROBOT INDUSTRIALI. Introduzione. Valutazione economica dell'impiego del robot industriale. Inserimento del robot nel processo produttivo. Casi di applicazione relativi ad operazioni di montaggio, di manipolazione e a processi tecnologici di lavorazione.

Esercitazioni:

  1. Analisi di posizione inversa del robot PUMA
  2. Analisi di posizione del meccanismo parallelo di tipo 6-6.
  3. Dinamica di un manipolatore 2R spaziale
  4. Analisi cinematica e dinamica del robot Delta

Testi/Bibliografia

- Siciliano, B., Sciavicco B., Villani L., Oriolo G., "Robotics: Modelling, Planning and Control", 2009, Springer

- Craig J., Introduction to Robotica, Mechanics and Control, 1989, Addiso-Wesley Publishing Company

- Erdman and Sandor, “Analysis and Synthesis of Mechanisms”, voll. 1 and 2, 1990, Prentice-Hall.

- Suh C.H. and Radcliffe C. W., “Kinematics and Mechanisms Design”, John Wiley & Sons, 1978.

- Tsai L.W., “Robot Analysis, The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators”, John Wiley & Sons, 1999.

- J-P. Merlet. Parallel robots. Kluwer, Dordrecht, 2000.

- Sandler Ben-Zion, “Robotics: Designing the Mechanisms for Automated Machinery”, Academic Press, 1999.

- Rivin, E. I. “Mechanical design of Robots”, McGraw-Hill, 1988.

Metodi didattici

Il corso è basato su lezioni, durante le quali verranno trattati gli argomenti in programma, e su esercitazioni che proporranno esempi applicativi relativi ai temi affrontati nelle lezioni di teoria.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Prova scritta.

Strumenti a supporto della didattica

Visite presso laboratori di robotica, PC e videoproiettore.

Dispense, presentazioni e altro materiale didattico saranno disponibili su IOL

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Rocco Vertechy