ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| CONTROLLI AUTOMATICI I | ING-INF/04 | LEZIONI | 60 |
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Il corso si propone di fornire agli allievi le nozioni fondamentali e gli strumenti necessari per l’analisi, la progettazione e la realizzazione di sistemi di controllo per sistemi meccanici e robotici, intesi nella loro più ampia accezione: sistemi fisici controllati da un processore digitale, dotati di capacità sensoriali e di intervento sull’ambiente, con caratteristiche di elevata autonomia e di facile interazione con l’uomo. Al termine del corso, lo studente avrà:
Il corso è diviso in due parti: meccanica dei robot e controlli automatici.
The course is divided into two parts: robot mechanics and automatic control. The first part offers to students knowledge and instruments for the analysis of dynamic mechanical systems, and for the project of the devices to control them. The second part will enable to analyze, model and design robotic systems. By the end of the course, students should be able to: - analyze and control complex mechanical systems; - evaluate the limits of application of the linear control methodologies in the case of non linear systems and to correctly use the instruments useful to overcome such limitations. - read and understand the commercial devices used in the control of machines and mechanical systems, and to project control systems using such devices. - know typologies and applications of the robotic systems used in industry and other service sectors - define the geometrical, kynematical and dynamical models adopted in robotics - elaborate functional projects of such mechanical systems
La verifica delle conoscenze avviene attraverso la applicazione delle stesse a casi di studio, i cui risultati sono presentati e discussi attraverso una relazione tecnica ed una presentazione con strumenti multimediali.
Knowledge verification occurs through application of the course topics to case studies. Results are presented and discussed through a technical report and a presentation with multimedia tools.
Al termine dell'insegnamento lo studente saprà:
At the end of the course the student will know how to:
Durante il corso le tecniche apprese di pianificazione e controllo verranno applicate su sistemi meccanici e robotici simulati e/o fisici in attività di esercitazione e laboratoriale, sotto la supervisione dei docenti e dei collaboratori alla didattica
During the course, the motion planning and control techniques will be applied on simulated and / or physical hanical and robotic systems in exercise and laboratory activities, under the supervision of teachers and teaching staff
Al termine del corso gli studenti avranno sviluppato l’attitudine a riconoscere nei problemi applicativi di diversa natura che possono essere loro proposti, le caratteristiche salienti dei sistemi robotici in una accezione ampia del termine, di riconoscere le tecniche più adeguate per la pianificazione del moto e per il controllo, e di applicare gli strumenti di progetto appresi.
At the end of the course, students will have developed the ability to recognize in problems of different nature that can be proposed to them, the salient features of robotic systems in a broad sense of the term, to recognize the most appropriate techniques for motion planning and control, and to apply the design tools learned.
Agli studenti verrà chiesto di proporre argomenti di approfondimento nei quali loro stessi dovranno scegliere i sistemi cui applicare le tecniche apprese. In questo modo, potranno dimostrare di saper estendere l’applicabilità dei metodi ad una classe più generale di problemi che potranno incontrare nella loro vita professionale.
Students will be asked to propose topics to be studied in detail in which they will have to choose which learned technique is more suitable to be applied. In this way, they will be able to demonstrate how to extend the applicability of the methods to a more general class of problems they may encounter in their professional life.
Nessuno
N/A
Nessuno
N/A
Le lezioni vengono svolte alla lavagna con l'eventuale uso di supporti multimediali per la visione di immagini e video.
Modalità di apprendimento:
Metodologia di insegnamento:
Lessons are performed on the blackboard with the possible use of multimedia media for viewing images and videos.
Learning modality:
Teaching methodology:
Il corso include due parti: la prima tratta la modellistica dei sistemi meccanici e robotici, la seconda con il controllo degli stessi sistemi. Contenuti:
Regolazione di sistemi e retroazione delle uscite. Retroazione statica delle uscite. Retroazione dinamica delle uscite. Osservatore asintotico dello stato. Realizzazione di sistemi. Regolatore.
(L: 3; E:2)
2 Parte -
1. INTRODUZIONE (L4; E0) : Modalità del corso; Automazione industriale e robotica; Origini, impieghi e prospettive della robotica; Classificazione dei robot industriali: bracci articolati, veicoli autonomi; Contenuti del corso. 2. GEOMETRIA E DUALITA’ CINETO-STATICA (L15; E5) : Descrizione delle posizioni e delle orientazioni dei corpi rigidi; Matrici di rotazione e coordinate omogenee; Notazione di Denavit-Hartenberg; Cinematica diretta e inversa dei manipolatori; Matrici Jacobiane e singolarità cinematiche; Metodi iterativi per la soluzione del problema cinematico inverso; Trasformazioni di sistemi di forze; Dualità cineto-statica; Indici di destrezza. 3. DINAMICA (L10, E6): Dinamica del corpo rigido; Equazioni e metodo di Eulero-Lagrange; Energia cinetica e potenziale di un manipolatore; Formulazione ricorsiva di Newton-Eulero (cenni); Confronto tra gli algoritmi per la dinamica dei robot: metodi simbolici e numerici; Simulazione del moto di un manipolatore; Dinamica del manipolatore nel proprio spazio operativo; Proprietà della dinamica dei sistemi meccanici classici; Linearità nei parametri dinamici. 4. SISTEMI CON VINCOLI (L6, E4): Vincoli cinematici. Vincoli olonomi e anolonomi; Sistemi articolati cooperanti. Forze interne ed equilibrio; Elasticità dei vincoli; Robot paralleli; Veicoli anolonomi; Indici di destrezza per sistemi vincolati; Dinamica dei sistemi vincolati.
The course includes two parts. the first part deals with control of linear systems, and the second with the control of non linear mechanical systems. Contents: 1) - Introduction. problems in the control of linear systems obtained by linearization of non linear systems. Examples of the limitations of the classical (input-output) approach to control - Stability - Attainability and controllability - State feedback - Observability and rebuildability - System regulation and output feedback 2) - Introduction - Robot geometry and kineto-static duality for serial and parallel manipulators - Dynamics - Constrained systems
- P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di Controlli Automatici”, McGraw Hill - E. Fornasini, G. Marchesini: “Appunti di Teoria dei Sistemi” -Notes of the lecturer (available on the course website) second part: - B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo, “Robotica – Modellistica, Pianificazione e Controllo”, McGraw-Hill, Terza Edizione, 2008. - Notes of the lecturer (available on the lecturer's website) Recommended readings include (second part): - R. M. Murray, Z. Li, S. S. Sastry, “A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation”, CRC Press, 1994. - M. W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar, “Robot Modeling and Control”, J. Wiley & Sons, 2006. - J. Angeles, “Fundamentals of Robotic Mechanical Systems: theory, methods and algorithms”, Springer, Second Edition,2003. - L. W. Tsai, “Robot Analysis – The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators”, J. Wiley & Sons, 1999. - A. A. Shabana, “Dynamics of Multibody Systems”, Cambridge University Press, Third Edition, 2005
first part: - P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di Controlli Automatici”, McGraw Hill - E. Fornasini, G. Marchesini: “Appunti di Teoria dei Sistemi” -Notes of the lecturer (available on the course website) second part: - B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo, “Robotica – Modellistica, Pianificazione e Controllo”, McGraw-Hill, Terza Edizione, 2008. - Notes of the lecturer (available on the lecturer's website) Recommended readings include (second part): - R. M. Murray, Z. Li, S. S. Sastry, “A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation”, CRC Press, 1994. - M. W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar, “Robot Modeling and Control”, J. Wiley & Sons, 2006. - J. Angeles, “Fundamentals of Robotic Mechanical Systems: theory, methods and algorithms”, Springer, Second Edition,2003. - L. W. Tsai, “Robot Analysis – The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators”, J. Wiley & Sons, 1999. - A. A. Shabana, “Dynamics of Multibody Systems”, Cambridge University Press, Third Edition, 2005
Nessuna differenza di programma o di valutazione
No changes n content or assessment
L’esame consiste in prove scritte ed orali sulle due parti del corso. Entrambe sono articolate in uno o più esercizi da svolgere autonomamente, con l’uso del materiale del corso e di ogni altro materiale ritenuto utile; ed in una o più domande cui rispondere oralmente interagendo con la commissione.
In aggiunta o in alternativa alla prova orale, l’esame consiste nella valutazione dei risultati di approfondimento mediante esposizione di tavole o di progetti proposti e svolti dai candidati.
The final exam consists of two written and/or oral exams on the two parts of the course. Both are articulated in one or more exercises to be performed independently, using the material of the course and any other material deemed useful; and in one or more questions to answer orally interacting with the commission.
In addition or as an alternative to the oral examination, the examination consists in evaluating the results of the topics chosen by the student and analyzed in detail applying the tools learned.
Possibili su iniziativa indipendente dello studente
Possible on stdent's own proposal
Nessuna
N/A
