L'obiettivo didattico di questo corso consiste nel fornire agli studenti le basi teoriche utili per comprendere i principi di funzionamento di un robot industriale da diversi punti di vista: cinematica, dinamica e teoria del controllo. Inoltre, lo studente dovrebbe acquisire una conoscenza introduttiva dei componenti elettromeccanici.

D1 - Conoscenza e comprensione
Al termine del corso, gli studenti dovranno conoscere i principi fondamentali di funzionamento dei robot, le loro funzionalità e i componenti meccanici che ne fanno parte.
D2 - Applicazione delle conoscenze e della comprensione
Lo studente deve essere in grado di eseguire un’analisi cinematica di un robot.
D3 - Autonomia di giudizio
Lo studente dovrebbe essere in grado di valutare quali strategie di automazione adottare per eseguire una determinata funzione di manipolazione.
D4 - Capacità di comunicazione
Lo studente dovrebbe essere in grado di descrivere le funzionalità e le caratteristiche cinematiche di un robot utilizzando definizioni appropriate.
D5 - Capacità di apprendimento
Lo studente deve essere in grado di interpretare e utilizzare i manuali tecnici per programmare un robot.

Teoria dei sistemi di controllo

Introduzione (terminologia: braccio, articolazione, configurazioni robotiche ridondanti e cartesiane).

Cinematica (matrice di posizione e rotazione, angoli di Eulero, trasformazione omogenea, coordinate omogenee, cinematica).

Notazione di Denavit-Hartenberg.

Definizione di spazio operativo, spazio articolare, spazio di lavoro, spazio di destrezza.

Errori: precisione e ripetibilità. Definizione e spiegazione del processo di calibrazione.

Problema cinematico inverso (definizione), struttura del polso sferico del robot.
Cinematica differenziale, inversione cinematica numerica (algoritmo di inversione), ad esempio robot a tre bracci.

Manipolabilità, ellissoide di manipolabilità e forze.

PID (definizione e struttura di un robot con controllo PID), definizione di movimento nello spazio articolare o spazio operativo, progettazione della trasmissione con motore e riduttore, formula dell’inerzia.

Ulteriori dettagli sui controlli per la robotica (Anti-wind-up, feed forward, filtro notch, controllo di impedenza).

Robotica
Autori: Mihelj, M., Bajd, T., Ude, A., Lenarčič, J., Stanovnik, A., Munih, M., Rejc, J., Šlajpah, S.
Edizione Springer

Introduzione (terminologia: collegamento, giunto, configurazioni robotiche [ridondanti, cartesiane])

Cinematica (matrice di posizione e rotazione, angoli di Eulero, trasformazione omogenea, coordinate omogenee, cinematica)

Notazione di Denavit-Hartenberg.

Definizione di spazio operativo, spazio articolare, spazio di lavoro, spazio di destrezza.

Errori: precisione e ripetibilità. Definizione e spiegazione del processo di calibrazione.

Problema cinematico inverso (definizione), struttura del polso sferico del robot.
Cinematica differenziale, inversione cinematica numerica (algoritmo di inversione), ad esempio robot a tre bracci.

Manipolabilità, ellissoide di manipolabilità e forze.

PID (definizione e struttura di un robot con controllo PID), definizione di movimento nello spazio articolare o spazio operativo, progettazione della trasmissione con motore e riduttore, formula dell’inerzia.

Ulteriori approfondimenti sui sistemi di controllo per la robotica (Anti-wind-up, feed forward, filtro notch, controllo di impedenza)

Il corso viene tenuto prevalentemente con lezioni frontali alla lavagna e/o con l’ausilio di diapositive. La suite software MATLAB viene utilizzata per fornire esempi e per illustrare come applicare gli aspetti teorici. Gli studenti sono tenuti a svolgere diversi esercizi per consolidare le nozioni trattate nel corso.

La valutazione si articola in due parti: prova orale, costituita da tre o quattro domande riguardanti l'intero programma del corso; valutazione delle relazioni relative alle esercitazioni svolte, finalizzata a verificare la capacità dello studente di implementare gli algoritmi presentati durante il corso, interpretarne i risultati e discuterne criticamente.
Criteri di valutazione:
- 30–27. Conoscenza completa e organica dell'intero programma.
Padronanza del linguaggio tecnico della robotica.
Capacità di discutere criticamente vantaggi, limiti e implicazioni delle diverse soluzioni.
Relazioni corrette, complete, ben documentate e con interpretazione critica dei risultati.



- 24–26. Buona conoscenza della maggior parte degli argomenti.
Comprensione dei principi fondamentali e capacità di applicarli a problemi standard.
Linguaggio tecnico generalmente appropriato, con alcune imprecisioni.
Relazioni MATLAB corrette e sostanzialmente complete, con limitata capacità di analisi critica.
- 18–23. Conoscenza essenziale dell'intero programma, pur con alcune lacune e imprecisioni.
Capacità di descrivere i principali concetti e di risolvere semplici problemi con il supporto del docente.
Relazioni sufficienti, con implementazioni funzionanti ma documentazione o discussione dei risultati limitate.
Il voto minimo è attribuito quando lo studente dimostra una preparazione complessivamente sufficiente su tutti gli argomenti, pur senza particolare approfondimento.
Esito insufficiente (<18). L'esame non è superato quando lo studente:
- presenta lacune tali da non consentire la comprensione dei principi fondamentali della robotica;
- non dimostra di aver compreso le esercitazioni svolte;
- non possiede alcuna conoscenza di uno o più argomenti del programma, anche qualora la preparazione risulti soddisfacente sulle restanti parti del corso.