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.

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.

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.

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)

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.

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.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... 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.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.