73124 - MECCANICA DEI ROBOT E DELLE MACCHINE AUTOMATICHE LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente acquisisce gli strumenti necessari per effettuare un'analisi funzionale finalizzata alla progettazione di macchine automatiche e di robot. In particolare vengono maturate competenze sia sul versante teorico (analisi cinematica, statica e dinamica di meccanismi complessi; progettazione delle traiettorie; elementi di controllo di posizione dei robot) sia su quello applicativo (simulazioni cinetostatiche di meccanismi piani e spaziali tramite software multibody).

Contenuti

1. INTRODUZIONE ALL'AUTOMAZIONE INDUSTRIALE E ALLA ROBOTICA (5 ore)
Introduzione. Impiego di macchine automatiche e robot in ambito industriale. Macchine seriali e ad architettura parallela: generalità. Classificazione e caratteristiche generali dei robot. Problematiche di studio della robotica industriale. Robot per applicazioni non industriali (cenni).    

2. MATRICI DI TRASFORMAZIONE DELLE COORDINATE (8 ore)
Introduzione. Richiami di cinematica: posizione e orientamento di un corpo rigido e sistemi di riferimento. Matrici per la trasformazione delle coordinate. Rotazioni e traslazioni. Trasformazioni omogenee. Velocità e accelerazione di un corpo rigido.

3. CINEMATICA DEI MECCANISMI SPAZIALI (15 ore)
Introduzione. Modello cinematico di un meccanismo seriale in moto nello spazio. Parametri di Denavit-Hartenberg. Equazioni di chiusura cinematica. Gradi di libertà e gradi di mobilità. Problema cinematico diretto. Problema cinematico inverso: presentazione di alcuni metodi risolutivi. Relazioni differenziali del moto. Modello cinematico del moto istantaneo. Rotazioni e traslazioni infinitesime. Jacobiano di un meccanismo. Determinazione analitica dello Jacobiano. Calcolo dello jacobiano tramite approccio geometrico. Singolarità cinematiche. Macchine ad architettura parallela (cenni): introduzione, analisi cinematica diretta, problematiche e cenni ai metodi di soluzione.

4. STATICA DEI MECCANISMI SPAZIALI (1 ora)
Introduzione. Equilibrio delle forze e dei momenti. Metodi di analisi: apertura della catena cinematica e PLV. Dualità cinetostatica. 

5. DINAMICA DEI MECCANISMI SPAZIALI (13 ore)
Introduzione. Richiami di dinamica del corpo rigido. Formulazione delle equazioni del moto: equazioni di Newton-Euler (algoritmo ricorsivo) ed equazioni di Lagrange (approccio energetico). Interpretazione fisica delle equazioni dinamiche. Problema dinamico diretto. Problema dinamico inverso.

6. PROGETTAZIONE DELLA TRAIETTORIA (1 ora)
Introduzione. Progettazione della traiettoria nello spazio dei giunti con leggi polinomiali (cenni).

7. SIMULAZIONE CON SOFTWARE PER ANALISI MULTIBODY (6 ore)
Introduzione ai sistemi multibody. Introduzione al software MSC ADAMS. Applicazioni di analisi cinematica, analisi statica e analisi cinetostatica di meccanismi piani e spaziali. Procedure di ottimizzazione (cenni).

ESERCITAZIONI (9 ore)

1. Analisi di posizione inversa del robot PUMA (1.5 ore)
2. Elementi di dinamica (0.5 ore)
3. Dinamica di un meccanismo seriale 2R piano (0.5 ore)
4. Dinamica di un meccanismo seriale 2R spaziale (2 ore)
5. Dinamica di un meccanismo seriale RP (1.5 ore)
6. Esercitazioni in laboratorio informatico con software ADAMS (3 ore)

Testi/Bibliografia

Testo di riferimento

• Legnani G., Fassi I., Robotica industriale: modellazione, pianificazione, controllo, programmazione, componentistica, normativa e sicurezza. CittàStudi Edizioni, Torino, 2019

 

Testi consigliati

• Siciliano B., Sciavicco L., Villani L., Oriolo G. Robotica: modellistica, pianificazione e controllo – 3° ed., McGraw-Hill, Milano, 2008 [oppure: Sciavicco L. Siciliano B., Robotica industriale: modellistica e controllo di manipolatori – 2° ed., McGraw-Hill, Milano, 2000]
  
• Siciliano & Khatib eds., Handbook of Robotics, Springer, New York, 2008

 

Testi di approfondimento

• Cheli F., Pennestrì E., Cinematica e Dinamica dei Sistemi Multibody, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2006
• Angeles J., Fundamental of robotic mechanical systems, Springer-Verlag, New York, seconda edizione 2003
• Tsai L.W., Robot analysis: the mechanics of serial and parallel manipulators, John Wiley & Sons, New York, 1999
• Craig J.J., Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Addison Wesley, Boston (MA, USA), 1989
• Paul R., Robot Manipulator: Mathematics, Programming and Control, MIT Press, Cambridge (MA, USA), 1981

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula e in laboratorio informatico, esercitazioni applicative, interventi seminariali di esperti professionisti del settore industriale.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

1. Prova scritta obbligatoria: 2-3 quesiti relativi a nozioni teoriche e/o problemi applicativi.
Il voto della prova scritta sarà data dalla media dei voti conseguiti per ognuna delle 2-3 risposte, valutate in trentesimi. 

2. Verifica dell'apprendimento del software ADAMS discutendo dello sviluppo e simulazione di un modello di un meccanismo a più gradi di libertà (a scelta dell'esaminando/a).
A seconda dell'impegno mostrato per acquisire la capacità di utilizzo del software, la valutazione di questa verifica aggiusterà il voto conseguito allo scritto fino ad un massimo di 1 punto (in positivo o in negativo).

3. Prova orale facoltativa per variazioni di massimo 2-3 punti del voto conseguito alle due prove obbligatorie di cui sopra.

Iscrizione obbligatoria su AlmaEsami, dove verranno pubblicati gli esiti delle prove d'esame.

A valle dell'appello, sarà possibile fissare appuntamento con il docente per visionare le correzioni del proprio elaborato.

Strumenti a supporto della didattica

Durante le lezioni frontali vengono proiettate le diapositive di presentazioni i cui stampati sono resi disponibili per il download sul sito https://virtuale.unibo.it

Ivi sono anche disponibili pdf per letture di approfondimento, dispense del corso, materiale supplementare, alcuni video, proposte per attività di tesi e informazioni di varia natura.

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.unibo.it/docenti/marco.troncossi

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Troncossi