Controllo del moto e robotica industriale

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1 Controllo del moto e robotica industriale Introduzione al corso Prof. Paolo Rocco ([email protected])

2 Obiettivi del corso Il corso si propone di affrontare problemi di controllo del moto relativi sia a singoli servomeccanismi, sia ad un manipolatore robotico industriale completo. controllo del moto robotica industriale Il controllo del moto ha varie applicazioni Quali sono e come si risolvono i problemi di controllo del moto per il robot industriale? La robotica industriale copre vari aspetti Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [2]

3 Il robot industriale si compone di: Il robot industriale Struttura meccanica con attuatori e sensori Unità di governo COMAU SpA COMAU SpA Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [3]

4 Il sistema di controllo Il sistema di controllo di un robot è un prodotto molto complesso e sofisticato, che richiede tempi di sviluppo software elevati. I suoi compiti principali sono i seguenti: Interfaccia con l operatore (MMI) Pianificazione delle traiettorie Controllo in tempo reale del moto dei giunti Immagazzinamento dati Gestione dell interazione con altre macchine Diagnostiche, gestione malfunzionamenti Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [4]

5 Applicazioni tipiche (COMAU SpA) Assemblaggio Saldatura a Punti Saldatura ad arco Carico Scarico Macchine Automazione Linee Interpresse Movimentazione Sigillatura - Siliconatura Lavorazione Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [5]

6 Esempi di robot industriali AdeptOne XL Struttura SCARA Quattro giunti Portata 12 Kg Ripetibilità: mm COMAU SMART S2 Gli esempi sono tratti dal testo: L.Sciavicco, B.Siciliano Robotica industriale Modellistica e controllo di robot manipolatori (2a ed.) Mc Graw-Hill, 2000 Struttura antropomorfa Sei giunti Portata 16 Kg Ripetibilità: 0.1 mm Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [6]

7 Esempi di robot industriali ABB IRB 4400 Struttura antropomorfa con parallelogramma Sei giunti Portata 60 Kg Ripetibilità: mm Unità lineare Kuka KL 250 con robot KR 15/2 Struttura antropomorfa montata su slitta con installazione a portale Sei giunti giunto lineare Portata 25 Kg Ripetibilità: 0.1 mm Gli esempi sono tratti dal testo: L.Sciavicco, B.Siciliano Robotica industriale Modellistica e controllo di robot manipolatori (2a ed.) Mc Graw-Hill, 2000 Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [7]

8 Esempi di robot industriali Robotics Research K-1207i Struttura antropomorfa Sette giunti Giunto addizionale rotoidale: aumenta destrezza e consente di ripiegare FANUC I-21i Gli esempi sono tratti dal testo: L.Sciavicco, B.Siciliano Robotica industriale Modellistica e controllo di robot manipolatori (2a ed.) Mc Graw-Hill, 2000 Struttura antropomorfa Sei giunti Sensore di forza Sistema di visione 3D Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [8]

9 Assemblaggio Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [9]

10 Carico-scarico Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [10]

11 Saldatura Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [11]

12 Lavorazione Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [12]

13 Verniciatura - Sigillatura Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [13]

14 Robotica di servizio Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [14]

15 Robotica spaziale Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [15]

16 Robotica umanoide Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [16]

17 Argomenti del corso Richiami di cinematica Dinamica Pianificazione del moto Controllo decentralizzato di manipolatori Metodi avanzati di controllo del moto Controllo centralizzato Controllo dell interazione e controllo servovisivo Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [17]

18 Prerequisiti del corso Che argomenti bisognerebbe conoscere prima di questo corso? Matrici di rotazione Rappresentazione dell orientamento Matrici di trasformazione omogenea Convenzione di Denavit-Hartenberg } da Fondamenti di robotica Equazioni di Lagrange per la dinamica di sistemi meccanici Fondamenti di automatica Elementi di analisi di sistemi di controllo non lineari (metodo di Lyapunov) Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [18]

19 I testi Sito web con materiale aggiuntivo: home.dei.polimi.it/rocco/cmri Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [19]

20 La dinamica Studieremo in modo sistematico il modello dinamico del manipolatore: L immagine è tratta dal testo: L.Sciavicco, B.Siciliano Robotica industriale Modellistica e controllo di robot manipolatori (2a ed.) Mc Graw-Hill, 2000 la cui conoscenza è indispensabile sia per la simulazione sia per il controllo con metodi avanzati (centralizzati). Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [20]

21 Controllo del manipolatore Il controllo del manipolatore si può affrontare in modo: Decentralizzato Centralizzato q md1 R 1 τ 1.. q d q md2 q m1 R 2 τ 2 q m2. q d q d K D K P v ^ B(q) τ MANIPOLATORE q. q q mdn R n τ n. η(q,q) ^ q mn Con un controllo decentralizzato il problema si riconduce in realtà allo studio di n problemi di controllo monovariabili: problemi di controllo di servomeccanismi. Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [21]

22 Il servomeccanismo Un servomeccanismo di posizione è costituito essenzialmente da un motore, un riduttore ed un carico: riduttore motore carico Il problema di controllo si pone nei termini di governare il moto del carico, modulando opportunamente la coppia erogata dal motore. I servomeccanismi di posizione si trovano ovunque: robot, macchine utensili, macchine per lavorazione, macchine tessili, per il packaging, autoveicoli, aerei, periferiche di computer Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [22]

23 Controllo del servomeccanismo Vedremo come si pianifica una traiettoria: gradi Posizione gradi/s Velocità Accelerazione Jerk gradi/s 2 0 gradi/s t(s) t(s) Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [23]

24 Controllo del servomeccanismo Studieremo le leggi di controllo più comuni (PID): q o m s K pp s R PI (s) τ m τ dr G v (s). q m 1/s q m Metteremo in evidenza i limiti di prestazione indotti dalla elasticità: Vedremo anche qualche aspetto realizzativo: motore carico Y sp c b Y K P /T I 0 st D 1sT D /N =0 <0 K P 1 s I M A U Sat M t (s) Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [24]

25 Controllo del servomeccanismo Passeremo in rassegna alcune tecniche avanzate di controllo Filtri a spillo (notch) Controllo basato su pole placement Feedforward -8 db q l Conversione setpoint q m τ m Servo posizionatore q m q l w/wn Input shaping Controllore K x^ Stima dello stato 1 ingresso originario ingresso modificato 0.5 (Nm) t (s) Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [25]

26 Controllo centralizzato Studieremo tecniche di controllo del manipolatore basate sul modello:.. q d. q d q d K D K P v ^ B(q) τ MANIPOLATORE q. q. η(q,q) ^ analizzando varianti robuste, adattative, concepite nello spazio operativo, ecc.. Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [26]

27 Controllo con sensori esterni Studieremo strategie di controllo che tengano opportunamente conto delle forze che si generano al contatto. F Faremo anche dei cenni al controllo servovisivo, eseguito sulla base delle immagini catturate da una telecamera Controllo del moto e robotica industriale - Introduzione - P. Rocco [27]