ROBOTICA (PRINCIPI E PROGETTO) | Università degli studi di Bergamo

ROBOTICA (PRINCIPI E PROGETTO)

Attività formativa monodisciplinare
Codice dell'attività formativa: 
38069

Scheda dell'insegnamento

Per studenti immatricolati al 1° anno a.a.: 
2019/2020
Insegnamento (nome in italiano): 
ROBOTICA (PRINCIPI E PROGETTO)
Tipo di attività formativa: 
Attività formativa Affine/Integrativa
Tipo di insegnamento: 
Opzionale
Settore disciplinare: 
SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI (ING-INF/05)
Anno di corso: 
2
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Crediti: 
9
Responsabile della didattica: 
Mutuazioni
  • Corso di studi in INGEGNERIA INFORMATICA - Percorso formativo in PERCORSO COMUNE
  • Corso di studi in INGEGNERIA MECCANICA - Percorso formativo in PERCORSO GENERALE
  • Corso di studi in INGEGNERIA INFORMATICA - Percorso formativo in PERCORSO COMUNE
  • Corso di studi in SMART TECHNOLOGY ENGINEERING - Percorso formativo in SMART TECHNOLOGY ENGINEERING
  • Corso di studi in INGEGNERIA INFORMATICA - Percorso formativo in PERCORSO COMUNE

Altre informazioni sull'insegnamento

Modalità di erogazione: 
Didattica Convenzionale
Lingua: 
Italiano
Ciclo: 
Primo Semestre
Obbligo di frequenza: 
No
Ore di attività frontale: 
90
Ore di studio individuale: 
135
Ambito: 
Attività formative affini o integrative
Prerequisiti

Non ci sono precedenze obbligatorie. Il corso assume che si disponga delle conoscenze di base di informatica.

Obiettivi formativi

Al termine del corso lo studente conosce e comprende le funzionalità di controllo di robot manipolatori industriali e di robot mobili autonomi (percezione, controllo, pianificazione, manipolazione, navigazione).

Lo studente conosce le tecniche di progettazione del sistema software di controllo per robot autonomi.
E' in grado di analizzare i requisiti funzionali di un robot autonomo e di riconoscere similitudini che favoriscono lo sviluppo di software riusabile.

Al termine del corso lo studente sa progettare l'architettura di controllo di un robot autonomo mobile e manipolatore.

Grazie all'attività sperimentale svolta in laboratorio, lo studente sa configurare il sistema di controllo di un robot mobile e testare le prestazioni dei singoli sottosistemi (sensori e attuatori) e del sistema robotico integrato.

Contenuti dell'insegnamento

Introduzione alla progettazione di sistemi software di controllo per robot autonomi
• Architetture di controllo Sense-Plan-Act
• Situatedness, Embodimen, Intelligence
• Modelli di componente software e architetture a componenti
• I middleware per la robotica: ROS, OROCOS

Algoritmi di controllo per robot autonomi
• Modelli cinematici di robot mobile
• Controllo del moto
• Navigazione e aggiramento degli ostacoli
• Localizzazione
• Costruzione di mappe Metriche, Topologiche
• Tecniche probabilistiche per la simultanea localizzazione e costruzione di mappe
• Visione 3D con sensori di profondità

Algoritmi di controllo per robot manipolatori
• Modelli cinematici di robot manipolatore
• controllo del moto nello spazio dei giunti e nello spazio cartesiano
• Cinematica diretta
• Cinematica inversa in forma chiusa e con metodi numerici
• Cinematica differenziale

Pianificazione del moto per robot mobili manipolatori
• Verifica di collisione e calcolo delle distanze
• Campionamento delle configurazioni libere da ostacoli
• Pianificazione del percorso
• Generazione della triettoria

Pianificazione automatica delle attività
• Hierarchical Task Networks
• State-space planning

Attività sperimentali in laboratorio (corso da 9 cfu) con
• robot mobile differential drive
• robot mobile omnidirezionale
• sensori di visione 3D
• telemetro laser

Metodi didattici

Lezioni frontali con diapositive. Le diapositive sono disponibili online per gli studenti prima dell'inizio del corso.

All'inizio di ogni lezione, gli studenti sono invitati a fare domande sui concetti presentati durante la lezione precedente al fine di chiarire eventuali
dubbi che possono sorgere durante lo studio a casa.

Le sessioni di laboratorio sono supervisionate al fine di garantire che lo studente faccia progressi costanti nello svolgimento delle attività sperimentali con sensori e robot mobili e per stimolare la discussione tra gli studenti.

Modalità verifica profitto e valutazione

La verifica avviene tramite una prova scritta. Per il corso da 9 cfu è richiesta la stesura di una relazione sull'attività sperimentale svolta in laboratorio.

La prova scritta ha una durata di due ore e consiste in domande di teoria. Il testo della prova indica il punteggio massimo conseguibile per ogni domanda.

Altre informazioni
Prerequisites

There are no formal requirements. It is expected that students have already acquired all the basic computer science concepts.

Educational goals

At the end of the course the student knows and understands the control functions of industrial manipulator robots and autonomous mobile robots (perception, control, planning, manipulation, navigation).

The student knows the design techniques of the software control system for autonomous robots.
He/she is able to analyze the functional requirements of an autonomous robot and to recognize similarities that favor the development of reusable software.

At the end of the course the student knows how to design the control architecture of an autonomous mobile robot and manipulator.

Thanks to the experimental activity carried out in the laboratory, the student can configure the control system of a mobile robot and test the performance of the individual subsystems (sensors and actuators) and of the integrated robotic system.

Course content

Introduction to the design of software control systems for autonomous robots
• Sense-Plan-Act Architectures
• Situatedness, Embodiment, Intelligence
• Component models and component architectures
• Robotics middleware: ROS, OROCOS

Algorithms for autonomous robot control
• Kinematics models and mobile robot motion control
• Control of robot motion
• Navigation and obstacle avoidance
• Localization
• Metric Mapping e Topological Mapping
• Probabilistic techniques for Simultaenous Localization and Mapping
• 3D Vision with Depth sensors

Algorithms for robot manipulators control
• Kinematics models and motion control
• Direct Kinematics
• Inverse Kinematics (closed form and numerical methods)
• Differential Kinematics

Motion planning for mobile manipulators
• Collision checking and distance computation
• Sampling of free configurations
• Path planning
• Trajectory generation

Automated Task planning
• Hierarchical Task Networks
• State-space planning

Laboratory activities (only for 9 cfu course) with several equipments:
• differential drive mobile robot
• omnidirectional mobile robot
• 3D vision sensors
• laser rangefinder

Teaching methods

Frontal lessons with slides. Slides are available online for students before the course starts.

At the beginning of each lesson, students are invited to ask questions on
the concepts presented during the previous lesson in order to clarify any
doubts that may arise during home study.

Lab sessions are supervised in order to ensure that the student makes steady progress in performing the experimental activities with sensors and mobile robots and to stimulate discussion among students.

Assessment and Evaluation

Verification is done through a written test. For the 9 cfu course the verification includes the preparation of a report on the experimental activity carried out in the lab.

The written exam lasts for two hours and consists of theoretical questions. The test text indicates the maximum score achievable for each question.

Further information