Syllabus del corso

Esporta

Questo insegnamento ha lo scopo di fornire una introduzione alla robotica ed alla automatica. Di robotica si affronteranno sia la robotica industriale che la robotica mobile. Per l'automatica si affronteranno sia la teoria dei sistemi che il controllo lineare.

  • Robotica
    • Roto-traslazioni;
    • Manipolatori industriali
    • Basi mobili
    • Rassegna di sensori
  • Automatica
    • Introduzione ai Sistemi Dinamici (tempo continuo)
    • Teoria del Controllo Lineare (tempo continuo)
    • Progetto di un controllo retroazionato per Motori a corrente continua
  • Robotica
    • rassegna di applicazioni della robotica
    • rappresentazione delle rotazioni in coordinate cartesiane;
    • rappresentazione delle traslazioni in coordinate cartesiane;
    • rappresentazione delle roto-traslazioni in coordinate omogenee;
    • introduzione alla cinematica dei manipolatori industriali;
    • modellazione con convenzioni di Denavit - Hartemberg degli elementi di catene cinematiche aperte;
    • interpolazione di traiettoria con profili trapezoidali di velocità per manipolatori con controllo indipendente ai giunti;
    • rassegna di cinematiche di basi mobili;
    • tassonomie di sensori;
    • sensori di distanza: misura di distanza a triangolazione (diodo emettitore - rivelatore, luce strutturata semplice e con pattern pseudo-casuale, stereo camere, etc.);
    • misura di distanza: misura di distanza a tempo di volo (ultrasuoni, laser range finder, laser scanner ad 1 e più piani di scansione, scansione meccanica, mems micro-mirrors, phased arrays, flash lidars, etc.);
    • misura di prossimità (induzione, condensatori, effetto Hall, fotocellule, etc.);
    • programmazione dei robot;
  • Automatica
    • Introduzione ai Sistemi Dinamici (tempo continuo)
      • Definizioni (movimento, traiettoria, stati di equilibrio, stabilità)
      • Criteri di Stabilità, Controllabilità, Osservabilità
      • Funzioni di Trasferimento, Trasformata di Laplace
      • Risposta in frequenza (Diagrammi di Bode)
      • Sistemi Risonanti
    • Teoria del Controllo Lineare (tempo continuo)
      • Introduzione alla Teoria del Controllo - Architetture di Controllo
      • Sistemi di Controllo lineari tempo-invarianti
      • Sistemi retroazionati (stabilità, performance)
      • Diagramma di Nyquist - Stabilità Robusta
      • Progettazione di un controllo retroazionato - Tecnica dell'Assegnazione dei Poli
    • Progetto di un controllo retroazionato per Motori a corrente continua
      • Modello Motore DC (Leggi di Lorentz e Faraday-Henry)
      • Controllo lineare retroazionato di un Motore DC

Prerequisiti suggeriti

  • stima a minimi quadrati, regressione lineare;
  • ottimizzazione non-lineare non vincolata;
  • elementi di calcolo matriciale e proprietà delle matrici;
  • sistemi di equazioni differenziali lineari del 1º ordine (di cosa si tratta, non metodi risolutivi);

Le attività didattiche saranno svolte in lingua italiana

Le attività didattiche includeranno:

  • lezioni interattive e svolgimento di esercizi;
  • lezioni pre-registrate, consistenti in audio, e video dello schermo di tablet usato come lavagna, di lezioni di anni precedenti;
  • incontri interattivi sulla attività programmativa di laboratorio (matlab).
  • Libri di testo
    • P. Bolzern, R. Scatolini, N. Schiavoni, "Fondamenti di Controlli Automatici", 2 Ed., McGraw-Hill, 2004;
    • testo complementare: R. C. Dorf, R. H. Bishop, "Controlli Automatici", Prentice Hall;
    • testo sui motori DC: G. Ferretti, G. Magnani, "Modellistica e controllo dei servomeccanismi di posizione con motori a magneti permanenti", Pitagora Editrice, Bologna, 2002;
    • Siciliano, B., Sciavicco, L., Villani, L., Oriolo, G., "Robotics: Modelling, Planning and Control", Advanced Textbooks in Control and Signal Processing, Springer, 2009;
    • (out of print) K. S. Fu, R. C. Gonzalez, C. S. G. Lee, "Robotics: Control, Sensing, Vision, and Intelligence", McGraw-Hill, 1987;
    • J. J. Craig, "Introduction to Robotics, Mechanics and Control", 3rd ed, Pearson Ed. Int., 2005
    • R. Siegwart, I. R. Nourbakhsh, D. Scaramuzza, "Introduction to Autonomous Mobile Robots", 2nd ed., MIT Press, 2011
  • Altro materiale
    • Ulteriore materiale, disponibile sulla piattaforma elearning

Secondo semestre

Il voto è la media aritmetica tra i voti ottenuti in Robotica ed in Automazione.

  • voto di Robotica
    • saranno valutati 3 programmi matlab, sviluppati di solito durante il periodo di erogazione dell'insegnamento (si è verificato pochissime volte che venga richiesto di sostenere questa parte di esame fuori dal periodo di erogazione dell'insegnamento, ma su richiesta è possibile organizzarsi in tal modo) sui seguenti temi:
      • Roto-traslazioni di un corpo rigido nel piano;
      • Roto-traslazioni di corpi rigidi nello spazio;
      • Convenzioni di Denavit - Hartemberg;
    • saranno valutate le risposte scritte (scritto a fine erogazione dell'insegnamento) sugli argomenti non oggetto dei programmi matlab:
      • cinematica diretta ed inversa di bracci manipolatori;
      • controllo del movimento di un manipolatore: infrastruttura tecnologica (motori, trasmissione, driver di potenza, etc.) ed interpolazione di traiettoria mediante profili trapezoidali di velocità;
      • sensoristica, principalmente sensoristica di misura della distanza;
    • sarà valutata la risposta ad una domanda sulla programmazione dei robot;
  • voto di Automazione
    • sviluppo di un programma simulink / matlab assegnato dal docente; si richiede di completare questo sviluppo entro un mese dall'assegnamento, altrimenti verrà ri-assegnato un altro programma;

A meno di improbabili cambiamenti, i pesi con cui saranno valutate le varie parti sono i seguenti:

voto = 0.5 * voto_parte_robotica + 0.5 * voto_parte_automazione

voto_parte_automazione
attribuito tutto insieme sulla valutazione del progettino,

voto_parte_robotica
è la media pesata delle valutazioni delle varie parti, con i seguenti pesi:
controllo del movimento di un manipolatore (domanda in scritto finale) . 0.10
sensoristica (domanda in scritto finale) ............................... 0.15
programmazione dei robot (domanda orale) ............................... 0.10
lab1 rototraslazioni 2D (prima consegna mlab) .......................... 0.15
differenze tra i 2 modi di uso di patch3D (consegna pdf) ............... 0.05
lab2 rototraslazioni 3D (seconda consegna mlab) ........................ 0.15
lab3 convenzioni DH (terza consegna mlab) .............................. 0.15
cinematica diretta ed inversa (domanda in scritto finale) .............. 0.15

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Esporta

This course gives an introduction to robotics and automation systems. For robotics both industrial and service robotics will be considered, for automation both systems theory, i.e., analytical modeling of systems, and the control of linear systems.

  • Robotics
    • Roto-traslations;
    • Industrial manipulators
    • Mobile bases
    • Review of sensors
  • Automation
    • Introduction to Dynamical Systems (continuous time)
    • Linear Control Theory (continuous time)
    • Design of a Linear Feedback Control for a DC Motor
  • Robotics
    • review of applications of robotics
    • representation of rotations in cartesian coordinates;
    • representation of translations in cartesian coordinates;
    • representation of roto-translations in homogeneous coordinates;
    • introduction to kinematics of industrial manipulators;
    • Denavit - Hartemberg conventions for modeling the elements of open kinematic chains;
    • trajectory interpolation by means of trapezoidal speed profiles for manipulators with independent joint control;
    • review of kinematics of mobile bases;
    • taxonomies of sensors;
    • range sensors: range sensing based on triangulation (photo-emitter - photo-diode, structured light with simple and pseudo-casual pattern, stereo vision, etc.);
    • range sensors: range sensing based on time of flight (ultrasound, laser range finder, laser scanner with 1 and many scanning planes, scanning: mechanical, mems micro-mirrors, phased arrays, flash lidars, etc.);
    • proximity detection (induction, condenser, Hall effect, photo-cells, etc.);
    • robot programming;
  • Automation
    • Introduction to Dynamical Systems (continuous time)
      1. Definitions (movement, trajectory, steady states, stability)
      2. Stability Criteria, Controllability, Observability
      3. Transfer Functions, Laplace Transform
      4. Frequency Response (Bode Diagrams)
      5. Dynamic Resonance Systems
    • Linear Control Theory (continuous time)
      1. Introduction to Control Theory – Control Systems Architectures
      2. Linear Time-invariant Control Systems
      3. Feedback Systems Analisys (stability, static and dynamic performance)
      4. Nyquist Diagram - Robust Stability Analisys
      5. Design of Feedback Control Systems - Pole Assignment Technique
    • Design of a Linear Feedback Control for a DC Motor
      1. DC Motor modeling (Lorentz and Faraday-Henry Laws)
      2. Linear Feedback Control for a DC Motor

Suggested prerequisites

  • least squares estimation, linear regression;
  • non-linear unconstrained optimization;
  • basics of matrix calculus and matrix properties;
  • systems of first order linear differential equations (what they are, not resolution methods);

The teaching activities will take place in italian.

The teaching activities will include:

  • interactive classes and practice during classes;
  • pre-recorded classes, consisting in audio, and tablet screen used as blackboard, of classes of previous years;
  • interactive meetings about the programming practicals (matlab).
  • Textbooks
    • P. Bolzern, R. Scatolini, N. Schiavoni, "Fondamenti di Controlli Automatici", 2 Ed., McGraw-Hill, 2004 (in italian);
    • (supplementary): R. C. Dorf, R. H. Bishop, "Moder control systems", Prentice Hall;
    • textbook on DC motors: G. Ferretti, G. Magnani, "Modellistica e controllo dei servomeccanismi di posizione con motori a magneti permanenti", Pitagora Editrice, Bologna, 2002 (in italian);
    • Siciliano, B., Sciavicco, L., Villani, L., Oriolo, G., "Robotics: Modelling, Planning and Control", Advanced Textbooks in Control and Signal Processing, Springer, 2009;
    • (out of print) K. S. Fu, R. C. Gonzalez, C. S. G. Lee, "Robotics: Control, Sensing, Vision, and Intelligence", McGraw-Hill, 1987;
    • J. J. Craig, "Introduction to Robotics, Mechanics and Control", 3rd ed, Pearson Ed. Int., 2005
    • R. Siegwart, I. R. Nourbakhsh, D. Scaramuzza, "Introduction to Autonomous Mobile Robots", 2nd ed., MIT Press, 2011
  • Other material
    • Other material, available of the elearning platform

Second semester

The final mark is the averege of the mark obtained in Robotics and Automation systems.

  • Robotics
    • development of 3 small matlab programs during the semester (on demand it is possible to arrange this part in another period) on the following issues:
      • Roto-translations of a rigid body in the plane;
      • Roto-translations of a rigid body in the space;
      • Conventions of Denavit - Hartemberg;
    • written verification on issues not covered by the small matlab programs:
      • direct and inverse kinematics of manipulators;
      • motion control of a industrial manipulator: technological infrastructure (motor, transmission, power driver, etc.)and trajectory interpolation by means of trapezoidal speed profiles;
      • sensors, mainly range sensing;
    • one question on robot programming;
  • Automation systems
    • development of a simulink / matlab program assigned by the teacher; it is required to complete this assignment in one month, otherwise another program will be assigned to the student.

Disregarding the unlikely case of a change, the weights for the different parts are the following:

mark = 0.5 * mark_robotics + 0.5 * mark_automation

mark_automation
a mark on the matlab / simulink project,

mark_robotics
weghted average of the diffeent marks, with the following weights:
motion control (final written test) ..................... 0.10
sensing (final written test) ............................ 0.15
robot programming (oral question) ....................... 0.10
lab1 roto-traslations 2D (fist mlab) .................... 0.15
differeces between the 2 way to use patch3D (file pdf) .. 0.05
lab2 rototraslazioni 3D (second mlab) ................... 0.15
lab3 convenzioni DH (third mlab) ........................ 0.15
cinematica diretta ed inversa ((final written test) ..... 0.15

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Scheda del corso

Settore disciplinare
INF/01
CFU
8
Periodo
Secondo Semestre
Tipo di attività
Obbligatorio a scelta
Ore
76
Tipologia CdS
Laurea Triennale

Staff

    Docente

  • PP
    Pasquale Palumbo
  • Domenico Giorgio Sorrenti
    Domenico Giorgio Sorrenti

Opinione studenti

Vedi valutazione del precedente anno accademico

Bibliografia

Trova i libri per questo corso nella Biblioteca di Ateneo

Metodi di iscrizione

Iscrizione manuale
Accesso ospiti
Iscrizione spontanea (Studente)