34303 - MECCANICA DEI ROBOT M

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Industria, innovazione e infrastrutture Consumo e produzione responsabili

Anno Accademico 2018/2019

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.

Programma/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. 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. LINGUAGGI E SISTEMI DI PROGRAMMAZIONE DEI ROBOT. Introduzione. I livelli di programmazione del robot. Requisiti di un linguaggio di programmazione.
  12. 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.
  13. 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 montaggo, di manipolazione e a processi tecnologici di lavorazione.

Esercitazioni:

 1) Analisi di posizione inversa del PUMA

2) Analisi di posizione del meccanismo parallelo di tipo 6-6.

3) Elementi di dinamica

4) Dinamica di un manipolatore 2R spaziale

5) Generazione della traiettoria

Testi/Bibliografia

- Testo di riferimento: verranno messi a disposizione Appunti dalle lezioni tenute dal Prof. Parenti Castelli e copia delle esercitazioni, oltre che un elenco di testi, prevalentemente in lingua inglese, per eventuali approfondimenti della materia.

Bibliografia:

- 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.

- Reference book: notes of the lectures by Prof. Vincenzo Parenti Castelli are available to students.

Metodi didattici

Il metodo didattico impiegato è di tipo prevalentemente deduttivo non mancando per alcune tematiche l’uso dell’approccio induttivo.

Vengono spiegati i fondamenti teorici dei temi trattati e poi, a seguire, vengono svolte esercitazioni corrispondenti di consolidamento e di approfondimento della teoria.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica della preparazione viene effettuata alla fine del corso mediante una prova scritta sui temi principali del corso. E’ ammesso, a scelta dello studente, sostenere l’esame in forma orale.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni in aula vengono svolte con l’ausilio, laddove necessario, di modelli fisici.

Un ciclo completo di esercitazioni affianca e integra le lezioni teoriche sviluppando applicazioni mediante strumenti grafici ed analitici (uso di CAD e codici di calcolo quali Matlab).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Vincenzo Parenti Castelli