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collana di istruzione scientifica Dal catalogo McGraw-Hill: Bruno Siciliano Lorenzo Sciavicco Luigi Villani Giuseppe Oriolo Robotica: Modellistica, Pianificazione e Controllo McGraw-Hill Libri Italia srl Milano•NewYork•St.Louis•SanFrancisco•OklahomaCity•Auckland Bogota´•Caracas•Hamburg•Lisboa•London•Madrid•Montreal•NewDehli Paris • SanJuan • Sa˜oPaulo • Singapore • Sydney • Tokyo • Toronto Copyrigth c (cid:13) Copyrigth c 2008McGraw-HillLibriItaliasrl (cid:13) piazzaEmilia,5 20129Milano Idirittidiriproduzione,dimemorizzazioneelettronicae diadattamentototaleo parzia- le con qualsiasi mezzo (compresi i microfilm e le copie fotostatiche) sono riservati per tutti i paesi. L’editore potra` concedere a pagamento l’autorizzazione a riprodurre una porzione non superiore a un decimo del presente volume. Le richieste di riproduzio- ne vanno inoltrate all’Associazione Italiana per i Diritti di Riproduzione delle Opere a Stampa(AIDROS),viadelleErbe,2,20121Milano,tel.02/86463091,fax02/89010853. ISBN88-386-xxx-x PrintedinItaly 1234567890XXXXX908765 allenostrefamiglie Indice Prefazione xv 1 Introduzione 1 1.1 Larobotica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Strutturameccanica deirobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Robotmanipolatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 Robotmobili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3 Roboticaindustriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.4 Roboticaavanzata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.4.1 Robotperl’esplorazione . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.4.2 Robotdiservizio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5 Modellistica, pianificazione econtrollo dirobot . . . . . . . . . . 30 1.5.1 Modellistica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.5.2 Pianificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.5.3 Controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2 Cinematica 39 2.1 Posadiuncorporigido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.2 Matricedirotazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.2.1 Rotazionielementari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.2.2 Rappresentazione diunvettore . . . . . . . . . . . . . . 42 2.2.3 Rotazionediunvettore . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3 Composizione dimatricidirotazione . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.4 AngolidiEulero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.4.1 AngoliZYZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.4.2 AngoliRPY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.5 Asseeangolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.6 Quaternione unitario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.7 Trasformazioni omogenee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.8 Cinematicadiretta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.8.1 Catenaaperta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.8.2 Convenzione diDenavit–Hartenberg . . . . . . . . . . . 62 2.8.3 Catenachiusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.9 Cinematicadistrutturetipiche dimanipolazione . . . . . . . . . 69 2.9.1 Manipolatore planareatrebracci . . . . . . . . . . . . . 69 viii Indice 2.9.2 Manipolatore aparallelogramma . . . . . . . . . . . . . 71 2.9.3 Manipolatore sferico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.9.4 Manipolatore antropomorfo . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.9.5 Polsosferico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.9.6 Manipolatore diStanford . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.9.7 Manipolatore antropomorfo conpolsosferico . . . . . . 78 2.9.8 Manipolatore delDLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.9.9 Manipolatore umanoide . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.10 Spaziodeigiuntiespaziooperativo . . . . . . . . . . . . . . . . 84 2.10.1 Spaziodilavoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.10.2 Ridondanza cinematica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2.11 Calibrazione cinematica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.12 Problemacinematicoinverso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 2.12.1 Soluzionedelmanipolatore planareatrebracci . . . . . 92 2.12.2 Soluzionedimanipolatori conpolsosferico . . . . . . . 95 2.12.3 Soluzionedelmanipolatore sferico . . . . . . . . . . . . 96 2.12.4 Soluzionedelmanipolatore antropomorfo . . . . . . . . 98 2.12.5 Soluzionedelpolsosferico . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3 Cinematicadifferenziale estatica 105 3.1 Jacobiano geometrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.1.1 Derivatadiunamatricedirotazione . . . . . . . . . . . 106 3.1.2 Velocita` diunbraccio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.1.3 CalcolodelloJacobiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.2 Jacobiano distrutture tipichedimanipolazione . . . . . . . . . . 113 3.2.1 Manipolatore planareatrebracci . . . . . . . . . . . . . 114 3.2.2 Manipolatore antropomorfo . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.2.3 Manipolatore diStanford . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.3 Singolarita` cinematiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 3.3.1 Disaccoppiamento disingolarita` . . . . . . . . . . . . . 118 3.3.2 Singolarita` dipolso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.3.3 Singolarita` distrutturaportante . . . . . . . . . . . . . . 120 3.4 Analisidellaridondanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.5 Inversione dellacinematica differenziale . . . . . . . . . . . . . 123 3.5.1 Manipolatori ridondanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.5.2 Singolarita` cinematiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.6 Jacobiano analitico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.7 Algoritmiperl’inversione cinematica . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.7.1 (Pseudo-)inversa delloJacobiano . . . . . . . . . . . . . 134 3.7.2 TraspostadelloJacobiano . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.7.3 Errorediorientamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 3.7.4 Algoritmidelsecondoordine . . . . . . . . . . . . . . . 142 3.7.5 Confrontotraglialgoritmiperl’inversione cinematica . 144 3.8 Statica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Indice ix 3.8.1 Dualita` cineto–statica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 3.8.2 Trasformazione divelocita` eforze . . . . . . . . . . . . 151 3.8.3 Catenachiusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 3.9 Ellissoidi dimanipolabilita` . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4 Pianificazioneditraiettorie 165 4.1 Percorsoetraiettoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 4.2 Traiettorie nellospaziodeigiunti . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 4.2.1 Motopunto–punto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 4.2.2 Motoattraverso unasequenza dipunti . . . . . . . . . . 173 4.3 Traiettorie nellospaziooperativo . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 4.3.1 Primitivedipercorso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 4.3.2 Posizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.3.3 Orientamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 5 Attuatoriesensori 195 5.1 Sistemadiattuazione deigiunti . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 5.1.1 Organiditrasmissione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 5.1.2 Servomotori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 5.1.3 Amplificatoridipotenza . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 5.1.4 Sorgentidialimentazione . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 5.2 Azionamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 5.2.1 Azionamentielettrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 5.2.2 Azionamentiidraulici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 5.2.3 Effettidiunriduttore meccanico . . . . . . . . . . . . . 208 5.2.4 Controllodiposizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 5.3 Sensoripropriocettivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 5.3.1 Trasduttoridiposizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 5.3.2 Trasduttoridivelocita` . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 5.4 Sensoriesterocettivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 5.4.1 Sensoridiforza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 5.4.2 Sensorididistanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 5.4.3 Sensoridivisione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 6 Unita` digoverno 237 6.1 Architettura funzionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 6.2 Ambientediprogrammazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 6.2.1 Programmazioneperinsegnamento . . . . . . . . . . . . 244 6.2.2 Programmazioneorientata alrobot . . . . . . . . . . . . 245 6.3 Architettura hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 x Indice Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 Problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 7 Dinamica 251 7.1 Formulazione diLagrange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 7.1.1 Determinazione dell’energia cinetica . . . . . . . . . . . 253 7.1.2 Determinazione dell’energia potenziale . . . . . . . . . 259 7.1.3 Equazionidelmoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 7.2 Proprieta` notevoli delmodellodinamico . . . . . . . . . . . . . . 262 7.2.1 Anti-simmetriadellamatriceB˙ 2C . . . . . . . . . . 262 − 7.2.2 Linearita` neiparametridinamici . . . . . . . . . . . . . 264 7.3 Modellodinamicodistrutturesemplicidimanipolazione . . . . . 268 7.3.1 Manipolatore cartesiano aduebracci . . . . . . . . . . . 269 7.3.2 Manipolatore planareaduebracci . . . . . . . . . . . . 270 7.3.3 Manipolatore aparallelogramma . . . . . . . . . . . . . 282 7.4 Identificazione deiparametridinamici . . . . . . . . . . . . . . . 285 7.5 Formulazione diNewton–Eulero . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 7.5.1 Accelerazioni diunbraccio . . . . . . . . . . . . . . . . 290 7.5.2 Algoritmoricorsivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 7.5.3 Esempio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 7.6 Dinamicadirettaedinamicainversa . . . . . . . . . . . . . . . . 298 7.7 Scalaturadinamicaditraiettorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 7.8 Modellodinamiconellospaziooperativo . . . . . . . . . . . . . 302 7.9 Ellissoide dimanipolabilita` dinamica . . . . . . . . . . . . . . . 305 Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 8 Controllodelmoto 311 8.1 Ilproblemadelcontrollo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 8.2 Controllo nellospaziodeigiunti . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 8.3 Controllo decentralizzato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 8.3.1 Controlloindipendente aigiunti . . . . . . . . . . . . . 319 8.3.2 Compensazione inavantidecentralizzata . . . . . . . . . 328 8.4 Compensazione inavantiacoppiaprecalcolata . . . . . . . . . . 333 8.5 Controllo centralizzato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 8.5.1 ControlloPDconcompensazione digravita` . . . . . . . 337 8.5.2 Controlloadinamicainversa . . . . . . . . . . . . . . . 339 8.5.3 Controllorobusto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 8.5.4 Controlloadattativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 8.6 Controllo nellospaziooperativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 8.6.1 Schemidiprincipio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 8.6.2 ControlloPDconcompensazione digravita` . . . . . . . 356 8.6.3 Controlloadinamicainversa . . . . . . . . . . . . . . . 357 8.7 Confronto traglischemidicontrollo . . . . . . . . . . . . . . . 359 Riferimentibibliografici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Problemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

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Robotica. Modellistica, pianificazione e controllo PDF

667 Pages·2008·11.417 MB·Italian
by  Lorenzo Sciavicco
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by Lorenzo Sciavicco| 2008| 667 pages| 11.417| Italian

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Detailed Information

Author:Lorenzo Sciavicco
Publication Year:2008
ISBN:9788838663222
Pages:667
Language:Italian
File Size:11.417
Format:PDF
Price:FREE
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