MECCATRONICA

Durante il corso saranno svolte esercitazioni teoriche e numeriche, attività di simulazione in ambiente software e attività di laboratorio mediante l’utilizzo del microcontrollore Arduino e dei relativi componenti, finalizzate all’applicazione dei metodi studiati a problemi di interesse ingegneristico. 

Conoscenza e comprensione 

Al termine del corso le studentesse e gli studenti conosceranno i principi fondamentali della meccatronica, con particolare riferimento alla modellazione dei sistemi dinamici, all’analisi dei sistemi lineari, alla stabilità e all’integrazione tra componenti meccanici, sensori, attuatori, sistemi di misura, microcontrollori e controllori programmabili. In ambito robotico, acquisiranno conoscenze relative alla meccanica dei manipolatori, alla modellazione cinematica e dinamica dei robot seriali, alla descrizione mediante parametri di Denavit-Hartenberg e alla relazione tra moto dei giunti e moto dell’organo terminale. 

Capacità di applicare conoscenza e comprensione 

Le studentesse e gli studenti saranno in grado di formulare modelli matematici di sistemi meccatronici, analizzarne il comportamento dinamico e valutarne la stabilità. Saranno, inoltre, in grado di utilizzare strumenti di calcolo per lo svolgimento di simulazioni numeriche e di applicare le conoscenze acquisite in attività di laboratorio basate sull’utilizzo del microcontrollore Arduino, sensori, attuatori e relativi componenti. Nell’ambito della robotica, saranno in grado di impostare e analizzare modelli cinematici e dinamici di manipolatori seriali. 

Autonomia di giudizio 

 Le studentesse e gli studenti saranno in grado di valutare criticamente le scelte modellistiche e progettuali relative a sistemi meccatronici e robotici, individuando le ipotesi adottate, i limiti dei modelli utilizzati e la coerenza tra componenti, architettura di controllo e prestazioni richieste. 

Abilità comunicative 

 Le studentesse e gli studenti saranno in grado di descrivere con linguaggio tecnico appropriato il funzionamento di sistemi meccatronici e robotici, illustrando modelli, metodi di analisi e risultati ottenuti mediante esercitazioni, simulazioni numeriche e attività di laboratorio. 

Capacità di apprendimento 

 Le studentesse e gli studenti svilupperanno la capacità di approfondire autonomamente temi avanzati della meccatronica e della robotica, anche attraverso testi tecnici, documentazione di componenti, manuali di dispositivi elettronici e strumenti software.

Lezioni frontali: 21 ore
Esercitazioni numeriche: 39 ore

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Meccanica applicata alle macchine (Culturale) (importante)
Controlli automatici (Culturale) (utile)
Fondamenti di informatica (Culturale) (utile)
Elementi di elettrotecnica (Culturale) (utile)

1. Introduzione alla meccatronica
2. Sistemi, modelli e loro classificazione
• Descrizione di sistema: ingresso-uscita, variabili di stato
• Modello matematico di un sistema
• Proprietà dei sistemi
• Modelli matematici di sistemi fisici
3. Componenti dei sistemi meccatronici
• Componenti meccanici
• Sistemi di misura
• Attuatori
• Sensori
4. Sistemi pneumatici e idraulici
5. Microprocessori e microcontrollori
6. Controllori a logica programmabile
   
7. Stabilità dei sistemi lineari
   
8. Micro and nano mechatronics
   
9. Meccanica dei robot
   
• Parametri HD
• Geometria del manipolatore disaccoppiato
• Cinematica del manipolatore seriale
• Dinamica del manipolatore seriale
• Dinamica recursiva inversa
• Cenni sui manipolatori paralleli
10. Applicazioni

1. De Silva, Mechatronics an integrated approach, CRC Press
2. Jorge Angeles, Fundamentals of Robotic Mechanical Systems - SPRINGER
3. William Bolton, Mechatronics - Electronic control systems in Mechanical and Electrical Engineering, Sixth Editiom, PEARSON

La prova d’esame è composta da una prova orale.

Durante lo svolgimento delle lezioni saranno svolte esercitazioni applicative dei contenuti del corso, finalizzate all’analisi, alla modellazione e alla simulazione di sistemi meccatronici mediante MATLAB/Simulink e all’utilizzo del microcontrollore Arduino, sensori, attuatori e relativi componenti.

Le esercitazioni applicative, le attività di laboratorio e gli argomenti trattati durante le lezioni frontali saranno oggetto di discussione durante la prova orale.

La valutazione in sede di colloquio orale si baserà sulla conoscenza dei contenuti, sulla pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate, sulla proprietà di linguaggio tecnico e sulla capacità di fare collegamenti tra i contenuti del programma.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

• Sistemi, modelli e loro classificazione: ingresso-uscita, variabili di stato
• Modelli matematici di sistemi fisici
• Componenti dei sistemi meccatronici
• Sensori e loro caratteristiche
• Attuatori e loro caratteristiche
• Microcontrollori e microprocessori
• Esempi di sistemi meccatronici
• Parametri di H-D
• Cinematica dei manipolatori seriali
• Dinamica dei manipolatori seriali