Magistrale

 

Insegnamenti previsti dal Corso di Studio

IA/0038 - CINEMATICA E DINAMICA DI MECCANISMI

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
MAURIZIO ​RUGGIU (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​


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Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/85] ​ ​INGEGNERIA MECCANICA [85/00 - Ord. 2019] ​ ​PERCORSO COMUNE990
Obiettivi

In accordo con gli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica, gli obiettivi formativi specifici dell'insegnamento sono quelli di fornire allo studente competenze specialistiche nel settore della meccanica applicata alle macchine.

Conoscenza e comprensione

I principali risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento di Cinematica e dinamica di meccanismi sono i seguenti:
. Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alla descrizione della rotazione e traslazione di un sistema di riferimento nello spazio R^3
. Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente alla modellazione matematica delle catene cinematiche seriali e parallele.
. Comprendere i concetti fondamentali che guidano l'analisi cinematica e dinamica di meccanismi.
. Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente al problema della sintesi cinematica dei meccanismi piani.
. Acquisire le conoscenze fondamentali relativamente al problema della generazione PPO delle traiettorie.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

. Acquisire la capacità di sviluppare il modello cinematico, statico e dinamico di un robot o di un meccanismo in generale al fine di procedere con la sua progettazione strutturale, motorizzazione e controllo.
. Acquisire la capacità di elaborare le informazioni cinematiche disponibili al fine di parametrizzarle tramite la matrice omogenea di roto-traslazione.

Autonomia di Giudizio

Acquisire la capacità di svolgere autonomamente la modellazione cinematica, statica e dinamica di un meccanismo multi-corpo individuando la soluzione più adatta al contesto.

Abilità Comunicative

. Acquisire la capacità di rappresentare traslazioni e rotazioni tramite strumenti propri dell'algebra lineare.
. Acquisire la capacità di rappresentare il modello di un meccanismo e di descriverne le modalità di funzionamento.
. Acquisire la capacità di predisporre una relazione tecnica di analisi nella quale siano riportate e discusse le assunzioni e i principali risultati.

Capacità di Apprendimento

Acquisire la capacità di integrare le conoscenze con quelle relative ad altri insegnamenti del corso di studio e a fonti esterne per conseguire una preparazione ad ampio spettro nel settore della meccanica applicata e meccanica dei robot. Inoltre, l'insegnamento consentirà di consolidare gli strumenti necessari per l'eventuale prosecuzione degli studi nel percorso di dottorato o di master e per l'aggiornamento professionale continuo anche a livello individuale.




Prerequisiti

Per poter intraprendere proficuamente lo studio dell’insegnamento di Cinematica e dinamica di meccanismi è indispensabile che lo studente possieda una adeguata conoscenza degli strumenti matematici fondamentali (algebra lineare, geometria), della fisica (meccanica) e della meccanica applicata alle macchine.
In accordo al Regolamento didattico, non sono previste propedeuticità con altri insegnamenti.

Contenuti

Parametrizzazioni della matrice di rotazione (5h lezione, 3h esercitazione):
Screw-axis; Cayley-Hamilton; Cayley; . Coseni direttori; Angoli di Eulero; Parametri di Rodrigues; Invarianti lineari di rotazione; Interpretazione attiva e passiva della matrice di rotazione.

Descrizione della locazione (traslazione-rotazione,posizione-orientazione) (4h lezione, 2h esercitazione):
Matrice omogenea; Combinazioni di Roto-tralsazioni.

Analisi cinematica delle catene cinematiche seriali (4h lezione, 2h esercitazione):
Convenzione Denavit-Hartenberg standard; Cinematica diretta;
Cinematica inversa del manipolatore disaccoppiato 6−R; Cinematica inversa: esempi al calcolatore RP e RR robot piani;

Cinematica differenziale di un corpo rigido (4h lezione, 2h esercitazione):
Velocità angolare del corpo rigido; Velocità lineare del punto del corpo rigido; Velocità e accelerazione lineare del punto in moto relativo; Asse istantaneo di screw; Velocità angolare del corpo rigido calcolata a partire dalla velocità di 3 suoi punti.

Cinematica differenziale delle catene cinematiche seriali (10h lezione, 6h esercitazione):
Formule ricorsive; Matrice dello Jacobiano; Isotropia, ellissoide di velocità e singolarità;

Dinamica delle catene cinematiche seriali (18h lezione, 10h esercitazione):
Definizioni di base; Equazione di Lagrange del secondo tipo per catene cinematiche seriali; L’equazione del moto di Newton-Eulero per un corpo rigido e il calcolo forward-backward per catene cinematiche seriali.

Analisi di meccanismi robotici alternativi (6h lezione, 4h esercitazione):
Cinematica del manipolatore parallelo piano 3−RRR; Cinematica di un manipolatore parallelo per traslazione.

Sintesi cinematica di meccanismi (3h lezione, 1h esercitazione):
Sintesi esatta e approssimata di un quadrilatero articolato.

Generazione delle traietttorie nello spazio dei giunti (Point-to-point motion) e schemi base di controllo (4h lezione, 2h esercitazione):
traiettoria con un polinomio 3-4-5, con una funzione armonica, con spline ciclica, controllo centralizzato o a giunti indipendenti.

Metodi Didattici

Il corso ha una durata di 90 ore, 58 di lezione frontale e 32 di esercitazioni in aula. Le lezioni si svolgono prevalentemente in maniera tradizionale attraverso l’utilizzo della lavagna e del computer per i calcoli di algebra lineare. Le esercitazioni consistono nello svolgimento da parte del docente di problemi che coinvolgono di volta in volta gli argomenti svolti durante le lezioni. Inoltre il docente propone problemi che gli studenti svolgono individualmente o in piccoli gruppi.

Verifica dell'apprendimento

L’esame finale consiste in una prova scritta.
Nella prova, della durata di 3 ore, sono tipicamente proposti 4-5 quesiti sia sugli aspetti teorici del corso (svolgimento di semplici dimostrazioni) sia su problemi del tipo di quelli affrontati nel corso delle esercitazioni, per esempio problemi relativi alle rappresentazioni della matrice di rotazione, alle roto-traslazioni, al metodo per la disposizione di sistemi di riferimento su robot seriali, problemi di cinematica, statica inversa, sulle configurazioni di singolarità di semplici meccanismi, sulla cinematica e dinamica di robot con ruote, sulla generazione di traiettorie.
Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante un voto espresso in trentesimi. Il punteggio massimo attribuito a ogni quesito della prova è stampato nel testo d'esame.
Il voto attribuito ai singoli quesiti è deciso in base all’impegno richiesto per la loro risoluzione sia in termini di contenuti che di complessità di svolgimento. Il voto di 18/30 viene conferito quando le conoscenze/competenze evidenziate nella risoluzione dei problemi sono almeno elementari, la valutazione di 30/30 con eventuale lode, quanto le conoscenze sono eccellenti.
Per la valutazione della prova scritta, la determinazione del punteggio tiene conto dei seguenti elementi di valutazione: a) Adeguatezza della procedura di risoluzione, b) Adeguatezza delle assunzioni e delle ipotesi di lavoro, c) Correttezza dello svolgimento dei calcoli.

Testi

1. Note ed esercizi del corso curate dal docente pubblicate nel sito del corso.
2. Robot Analysis, L.W. Tsai, Ed. J. Wiley & sons;
3. Fundamentals of Robotic Mechanical Systems, J. Angeles, Ed. Springer;
4. Engineering Mechanics Statics, J.L. Meriam, L. G. Kraige, Ed. J. Wiley & sons;
5. Engineering Mechanics Dynamics, J.L. Meriam, L. G. Kraige, Ed. J. Wiley & sons;
6. Modelling and control of robot manipulators, L. Sciavicco, B. Siciliano, Ed. Springer.

Altre Informazioni

IL calcolatore è utilizzato estensivamente durante le ore di esercitazione e come aiuto per le lezioni.

 

Obiettivi di Apprendimento – Percorso 2020-2021

 

 

 

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