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 costituiscono le basi ingegneristiche necessarie anche per lo studio di sistemi robotici in ambiti differenti da quelli di riferimento per l'insegnamento, quali ad esempio la robotica mobile e la robotica di servizio. Inoltre, le conoscenze e le abilità acquisite saranno anche utili per affrontare più in generale problemi relativi a sistemi meccanici e meccatronici multibody, nei vari campi ingegneristici applicativi in cui trovano impiego.

- Conoscenza e capacità di comprensione e implementazione 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 - Capacità di leggere e interpretare datasheet di robot commerciali per applicazioni industriali.

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, acquisite nell'insegnamento di Meccanica Applicata alle Macchine. Sono richieste inoltre conoscenze dei fondamenti di calcolo differenziale e integrale, della geometria nel piano e nello spazio e dell'algebra matriciale, acquisite negli insegnamenti Analisi Matematica I/II e di Algebra Lineare e Geometria.

Durante l’insegnamento verranno trattati i seguenti argomenti: - 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 velocita' per applicazioni robotiche. Dispositivi di bilanciamento di manipolatori robotici. (12 ore)

L'insegnamento si svolgerà attraverso lezioni in aula con videoproiezione di materiale didattico e esercitazioni di calcolo in aula (53 ore). A queste si affiancheranno esercitazioni presso laboratorio informatico (24 ore), durante le quali verrà sviluppata l'abilità di implementare un codice software per la modellazione, l'analisi e la simulazione delle prestazioni funzionali di un robot a 6 assi; tali esercitazioni avranno lo scopo di approfondire e applicare ad un caso di riferimento gli argomenti trattati a lezione. Si richiede la stesura di una relazione dell'attività svolta presso il laboratorio informatico da parte di ogni studente, da presentare in sede di esame orale facoltativo. Inoltre, sarà condotta una esercitazione (3 ore) presso laboratorio sperimentale rivolta all'utilizzo di un braccio robotico collaborativo a 6 assi, avente stesse caratteristiche funzionali del robot analizzato durante le esercitazioni in laboratori informatico. Il braccio robotico sarà occasionalmente disponibile in aula durante le esercitazioni di laboratorio informatico per dimostrare sperimentalmente i casi di studio trattati nell'ambiente di simulazione software.

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 P. Corke, "Robotics, Vision and Control", 2nd edition, Springer, 2017 K. M. Lynch, F. C. Park, "Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control", Cambridge University Press, 2017 L. Tsai, "Robot Analysis: The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators", John Wiley & Sons, Inc., 1999

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional 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 dell'insegnamento e il raggiungimento delle capacità descritte nei risultati di apprendimento attesi. L'esame consiste di una prova scritta articolata su tre o quattro domande a risposta aperta, per una durata complessiva di circa 120 minuti, cui può aggiungersi una prova orale facoltativa a discrezione dello studente. Lo studente risponde ai quesiti scrivendo su fogli bianchi, che vengono consegnati al termine della prova. Durante l'esame non è consentito l'uso di appunti, libri di testo o altro materiale didattico o di supporto elettronico. Le prove scritta e orale vertono su tutti gli argomenti trattati a lezione, esercitazione e laboratorio. Inoltre, durante la prova orale è richiesta la presentazione di un report che illustri obiettivi, strumenti di soluzione implementati e risultati ottenuti, relativi all'attività di laboratorio. La valutazione delle prove 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. Il voto massimo dell'esame è pari a 30/30 con lode; l'esame è superato con voto minimo 18/30. Il voto massimo attribuibile alla prova scritta è 28/30 (con punteggio per ciascuna domanda variabile in base alla difficoltà tra 6 e 10 punti); il voto attribuibile alla prova orale può essere compreso tra un minimo di -2 e un massimo di +4 punti. Per essere ammessi a sostenere la prova orale, facoltativa, è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18 punti. Il voto finale è espresso dalla somma del voto della prova scritta e della prova orale (valutata 0 punti se non condotta). Al termine della correzione della prova scritta, i voti saranno pubblicati sul Portale della Didattica e verranno indicate le modalità di visione dei compiti. Di norma, la prova orale facoltativa va sostenuta nella data di visione degli elaborati scritti.

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.