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PORTALE DELLA DIDATTICA

Dispositivi e sistemi robotici

02IGYNE

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Collaboratori
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/13 8 B - Caratterizzanti Ingegneria meccanica
2018/19
L'insegnamento affronta le tematiche caratteristiche dello studio e della progettazione funzionale dei robot, con particolare riferimento alle applicazioni di robotica industriale e di robotica collaborativa. Le conoscenze e le abilità acquisite dall'allievo saranno anche utili per affrontare più in generale problemi relativi a sistemi meccanici multibody.
The subject faces the typical topics of the study and functional design of the robots, with particular reference to industrial robotics and collaborative robotics. The knowledge and skills acquired by the student will also be useful to deal more generally with problems related to multibody mechanical systems.
Conoscenza e capacità di comprensione delle metodologie di base per l'analisi funzionale cinematica e dinamica di robot e di sistemi meccanici multibody – Conoscenza e capacità di utilizzo degli algoritmi per la pianificazione dei movimenti di dispositivi robotici – Conoscenza e capacità di comprensione del funzionamento dei principali componenti meccanici tipicamente utilizzati in dispositivi robotici e capacità di analizzarne le caratteristiche funzionali – Capacità di descrivere, modellizzare, analizzare, progettare e simulare in ambiente software il funzionamento di sistemi robotici multibody.
Knowledge and comprehension skills of the fundamental methodologies for the kinematic and dynamic functional analysis of robots and of multibody mechanical systems – Knowledge and ability to use algorithms for the motion planning of robotic devices - Knowledge and comprehension of the behavior of the main mechanical components typically employed in robotic applications and skills in analysis of their functional features - Ability to describe, model, analyze, design and simulate with software tools the functional behavior of multibody robotic systems.
Sono richieste conoscenze di base nell'ambito della meccanica teorica e applicata e della componentistica meccanica e l'abilità di applicare le metodologie di studio e gli strumenti di calcolo per l'analisi cinematica e dinamica di sistemi meccanici. Sono richieste inoltre conoscenze dei fondamenti di calcolo differenziale e integrale, della geometria nel piano e nello spazio e dell'algebra matriciale.
Prerequisite for attending the subject is a basic knowledge of theoretical and applied mechanics and of the mechanical components and the ability to apply methods and calculations of these areas to the kinematic and dynamic analysis of mechanical systems. Besides, basic knowledge of differential and integral calculus, 2-D and 3-D geometry and matrix algebra are required.
Introduzione alla robotica e ai suoi differenti campi applicativi. Tipologie di robot industriali e collaborativi: architetture ed esempi di applicazioni. (4 ore) Posa di un corpo rigido e definizione di sistemi di riferimento associati a corpi rigidi. Matrici di posizione ed orientazione; matrici in forma omogenea. Coordinate angolari. Trasformazioni cinematiche omogenee. (12 ore) Convenzione di Denavit-Hartenberg per lo studio cinematico di strutture robotiche. Cinematica diretta di strutture tipiche di manipolazione. Spazio dei giunti, spazio operativo, ridondanza cinematica di strutture robotiche. Problema cinematico inverso di strutture tipiche di manipolazione. (16 ore) Cinematica differenziale. Matrice Jacobiana di strutture tipiche di manipolazione. Singolarità cinematiche ed analisi di ridondanza di strutture robotiche. Algoritmi per l’inversione cinematica. (10 ore) Dualità cineto-statica. Ellissoidi di manipolabilità. (2 ore) Analisi dell’equilibrio dinamico di strutture meccaniche multibody. Algoritmi di dinamica diretta e inversa. (14 ore) Pianificazione di traiettorie nello spazio dei giunti e nello spazio operativo. (10 ore) Analisi funzionale di strutture di polsi per robot. Organi di trasmissione del moto per applicazioni robotiche. Riduttori di velocità per applicazioni robotiche. Dispositivi di bilanciamento di bracci per robot. (12 ore)
Introduction on robotics and its different fields of application. Typical architectures and examples of applications of industrial and collaborative robots. (4 hours) 3-D pose of a rigid body and reference frames. Position and rotation matrixes; homogeneous form of matrixes. Angular coordinates. Homogeneous transformations. (12 hours) Denavit-Hartenberg convention for robot kinematics. Direct kinematics of typical robot structures. Joints space and operational space, kinematic redundancy. Inverse kinematics of typical robot structures. (16 hours) Differential kinematics. Jacobian of typical robot structures. Kinematics singularities and redundancy analysis. Inverse kinematics algorithms. (10 hours) Kineto-statics duality. Manipulability ellipsoids. (2 hours) Dynamics of multibody mechanical systems. Direct dynamics and inverse dynamics. (14 hours) Trajectory planning in joints and operational spaces. (10 hours) Functional analysis of robot wrists. Transmissions devices for robot applications. Speed reducers for robot applications. Balancing of robot arms. (12 hours)
L'insegnamento si svolgerà attraverso lezioni in aula con videoproiezione di materiale didattico e esercitazioni di calcolo in aula. A queste si affiancheranno esercitazioni presso laboratorio informatico, durante le quali ciascuno studente svilupperà l'abilità di implementare un codice software per la modellazione, analisi e simulazione delle prestazioni funzionali di un robot; tali esercitazioni avranno lo scopo di approfondire e applicare ad un caso di riferimento gli argomenti trattati in aula. Si richiede la stesura di una relazione dell’attività svolta presso il laboratorio informatico da parte di ciascun singolo studente, da presentare in sede di esame. Inoltre, sarà condotta una esercitazione presso laboratorio sperimentale rivolta all'utilizzo di un braccio robotico collaborativo.
The subject will take place through classroom lectures with video projection of teaching material and numerical exercises in the classroom. These will be supported by exercises at the computer lab, where each student will develop skills in implementing software code for modeling, analyzing and simulating the functional performance of a robot; exercises will aim to deepen and apply the topics covered in the classroom to a reference case. Each student will be required to write a report on the activity carried out at the computer lab and to discuss it during the examination. Furthermore, an experimental exercise will be carried out in a lab on the use of a collaborative robotic arm.
Dispense del materiale didattico utilizzato durante le lezioni ed esercitazioni verranno fornite attraverso la pagina del corso sul Portale della Didattica. Testi di complemento: B. Siciliano, L. Schiavicco, L. Villani, G. Oriolo, "Robotica – modellistica, pianificazione e controllo", McGraw-Hill, 2008. L. Tsai, "Robot Analysis", John Wiley & Sons, Inc. P. Corke, "Robotics, Vision and Control", Springer. Reza N. Jazar, "Theory of applied robotics", Springer.
Teaching notes presented during lectures and exercises will be provided at the Web Page of the Subject. Complementary texts: B. Siciliano, L. Schiavicco, L. Villani, G. Oriolo, "Robotica – modellistica, pianificazione e controllo", McGraw-Hill, 2008 L. Tsai, "Robot Analysis", John Wiley & Sons, Inc. P. Corke, "Robotics, Vision and Control", Springer. Reza N. Jazar, "Theory of applied robotics", Springer
Modalità di esame: prova orale obbligatoria;
L’esame è volto ad accertare il livello di conoscenza e comprensione degli argomenti elencati nel programma e presentati durante lezioni ed esercitazioni del corso e il raggiungimento delle capacità descritte nei risultati di apprendimento attesi. L’esame consiste di una prova orale che verte su tre domande a risposta aperta, per una durata complessiva di circa un’ora. La trattazione di ogni risposta viene valutata 10 punti; la valutazione finale è espressa in trentesimi e l’esame è superato se la votazione è di almeno 18/30. Per ogni domanda viene inizialmente lasciato all’allievo qualche minuto per organizzare la risposta. La valutazione viene espressa considerando la pertinenza della risposta ai quesisti, la correttezza della risposta, la capacità di rispondere in modo chiaro e con terminologia appropriata, la capacità di sintesi e di collegamento logico tra i vari argomenti. Una delle tre domande verte sulla relazione dell’attività di laboratorio informatico: viene valutata la capacità di presentare obbiettivi, strumenti di soluzione implementati, risultati ottenuti.
Exam: compulsory oral exam;
The exam is aimed to evaluate the level of knowledge and comprehension of the topics of the subject syllabus and presented during lectures and exercises and the achievement of the skills described in the expected learning outcomes. The exam consists of an oral test that deals with three open-ended questions, for a total duration of about one hour. The treatment of each answer is evaluated 10 points; the final evaluation is expressed in thirtieths and the exam is passed if the mark is at least 18/30. For each question few minutes are initially left to the student to organize the answer. The evaluation is expressed considering the pertinence of the answer to the question, the correctness of the answer, the ability to respond clearly and with appropriate terminology, the ability of synthesis and logical connection between the subject topics. One of the three questions concerns the report on the computer laboratory activity: the ability to present objectives, implemented solution tools, results obtained is evaluated.


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