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Il Corso di Robotica della Laurea in Ingegneria Robotica e dell'Automazione è costituito da due parti principali: Controllo dei Robot e Sistemi Robotici Distribuiti. La prima parte è tenuta dai Prof. Antonio Bicchi con la collaborazione del Dr. Giorgio Grioli, mentre la seconda parte è tenuta dalla Prof.sa  Lucia Pallottino.

Al corso collaborano inoltre i membri del Gruppo di Robotica del Centro E. Piaggio dell'Università di Pisa e del Laboratorio SoftBots dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)

Per ricevere informazioni sul corso (spostamenti di lezioni o appelli e altro) gli studenti sono pregati di registrarsi nel gruppo Teams del corso per l'AA in corso (questo è quello per il 2021).
Il gruppo studenti_robotica_unipi@googlegroups.com non è più usato.

Modulo di Controllo dei Robot

Co-docente 2021-2022: Dr. Giorgio Grioli (Istituto Italiano di Tecnologia)
Supporto didattico: Ing. Grazia Zambella

Materiale Didattico

Appunti di Controllo dei Robot

Appendice: Note sulla Stabilità

P. Salaris: Approfondimento sulla ottimizzazione delle ricostruibilità di sistemi nonlineari

Materiale complementare disponibile nella sezione MATERIAL

Programma 2018-2019

Modalità d'esame - Corso di Robotica

Prima dell'esame gli studenti devono obbligatoriamente iscriversi sul sito: http://servizi.ing.unipi.it e compilare i questionari proposti.

Nel corso dell’esame il candidato deve dimostrare conoscenza e capacità operative in tutte le parti in cui si articola il programma. Deve inoltre dimostrare di sapere implementare le tecniche studiate nel corso in contesti applicativi, realizzando dimostratori software e/o hardware di sistemi o sottosistemi robotici.

L'esame si svolge in tre fasi:

1) Svolgimento di un approfondimento applicativo (progetto) su temi concordati con i docenti del corso ed i collaboratori al corso. La presentazione dei risultati avviene attraverso dimostrazione pratica e/o una presentazione pubblica con successiva discussione;

2) Verifica delle conoscenze teoriche del programma relative al Controllo dei Robot (se non già esplicitate nella discussione dell'approfondimento applicativo), anche mediante elaborazione di esempi applicativi (tavole);

3) Verifica delle conoscenze teoriche del programma relative ai Sistemi Robotici Distribuiti (se non già esplicitate nella discussione dell'approfondimento applicativo), anche mediante elaborazione di esempi applicativi (tavole).

Il voto del corso è unico, e comunicato dai docenti solo al termine dell'ultima fase dell'esame.
La prima fase deve precedere le altre due, che possono essere svolte in ordine qualsiasi.
Le tre parti della verifica sono relative a impegni paragonabili tra di loro, e hanno uguale peso.

L'approfondimento applicativo consiste nell'implementazione operativa di una soluzione ad un problema di Robotica avanzata, in cui viene formulato un problema di rilevanza applicativa e/o teorica, che viene risolto con gli strumenti disponibili allo stato dell’arte, approfondendo eventuali metodi o tecnologie necessarie. L’elaborato finale deve mettere in luce il problema affrontato, i metodi considerati, i riferimenti nella letteratura scientifica e tecnica, e i contenuti originali che hanno portato alla soluzione realizzata.

Ad esempio, il progetto può consistere nella realizzazione di esperimenti per verificare metodi innovativi di pianificazione e/o controllo di robot. Per realizzare le attività connesse il candidato potrà implementare i metodi in un pacchetto software o in un prototipo fisico. Nel secondo caso il candidato potrà frequentare i laboratori  sperimentali a disposizione dei docenti (nei limiti della disponibilità di questi).

L'illustrazione dei risultati sarà affidata ad una presentazione da proiettare in pubblico. La presentazione deve avere la durata complessiva di dieci minuti. La data dell'esame viene concordata direttamente coi docenti e pubblicata sui calendari didattici degli stessi, per consentire agli interessati di assistere.

Il materiale di progetto (compresa la presentazione ed i sorgenti del codice usato) deve essere messo a disposizione dei docenti almeno una settimana prima della data dell'appello orale, inviando una email contente il link ad un repository su cui visualizzare e/o scaricare il materiale (ad esempio, Dropbox o Google Drive)

Scelta di Progetti e Tesi

Per ricevere informazioni sugli argomenti di approfondimento applicativo per il corso, e per eventuali sviluppi in Tesi di Laurea Magistrale, potete rivolgervi ai membri del gruppo di Robotica.
Potrete proporre temi di vostro interesse o ricevere suggerimenti su temi da svolgere.
Alcuni progetti sono disponibili sulla Directory DRIVE  assieme al tutore di riferimento cui chiedere maggiori informazioni
Per facilitare la discussione siete pregati di compilare questo questionario.
 

LABORATORI

Le parti sperimentali del lavoro di progetto o tesi potranno svolgersi in uno dei laboratori a disposzione del gruppo:
1) Laboratorio di Robotica I - Centro di Ricerca E. Piaggio, Largo Lazzarino 1, Pisa
2) Laboratorio di Robotica II - Centro di Ricerca E. Piaggio, Polo Tecnologico di Navacchio, Pisa
3) Advanced Manufacturing Lab, DII CrossLab, Polo Tecnologico di Navacchio, Pisa
3) Laboratorio Soft Robots for Human Cooperation and Rehabilitation, IIT, Genova
4) JOIINT Lab Intellimech-IIT, c/o Km Rosso, Stezzano, Bergamo

Collaboratori Senior del Gruppo di Robotica di Pisa

• Antonio Bicchi <antonio.bicchi@unipi.it> Personal Web Page
  Keywords: Robotics; Haptic Interfaces; Learning, Modeling, and Control - Orario di Ricevimento
• Lucia Pallottino <lucia.pallottino@unipi.it> Personal Web Page
  Keywords: Mobile robotics, Planning and control, Distributed algorithms - Orario di Ricevimento
• Matteo Bianchi <matteo.bianchi@unipi.it>  Personal Web Page
  Keywords: Haptics and tactile sensing, Human-inspired robotic grasping and manipulation, Advanced human-robot interaction - Orario di Ricevimento
• Manuel Giuseppe Catalano <manuel.catalano@iit.it> Personal Web Page
  Keywords: Robot Hands and Feet for humans, humanoids and collaborative robots; Robot Avatars operating in real environments; Mechatronic Design of Soft Robots Orario di Ricevimento
• Danilo Caporale <danilo.caporale@gmail.com> Personal Web Page 
  Keywords: Autonomous systems, Nonlinear and optimal control, Model based learning - Orario di Ricevimento
• Manolo Garabini <manolo.garabini@unipi.it>  Personal Web Page
  Keywords: Soft robotics;Optimal control of manipulation and legged locomotion;Iterative learning control - Ricevimento su appuntamento
• Giorgio Grioli <giorgio.grioli@iit.it> Personal Web Page 
  Keywords: Design, Indentification and Control of Soft Robots; Robot Hands and Grasping; Human-Robot Cooperation, Rehabilitation and Augmentation. Ricevimento su appuntamento
• Francesca Negrello <francesca.negrello@iit.it> Personal Web Page
  Keywords: Compliant actuation and mechanism design, Humanoids; Industrial collaborative robots. Ricevimento: su appuntamento
• Paolo Salaris <paolo.salaris@unipi.it> Personal Web Page
  Keywords: Optimal design, control and path planning of robotic systems; Optimal estimation and identification; Cooperative robotics. Ricevimento: su appuntamento
• Alessandro Settimi <ale.settimi@gmail.com>  Personal Web Page
  Keywords: Autonomous vehicles; Humanoids planning and control; Robotic software architectures. Ricevimento: su appuntamento

Collaboratori Junior del Gruppo di Robotica di Pisa

Ing. Franco Angelini <frncangelini@gmail.com>
Ing. Giuseppe Averta <g.averta3@gmail.com>
Ing. Federica Barontini <Federica.Barontini@iit.it>
Ing. Gemma Carolina Bettelani <gemma.bettelani1@gmail.com>
Ing. Patricia Capsi <patri.capsi@gmail.com>
Ing. Andrea Stefano Ciullo <andrea.ciullo@iit.it>
Ing. Simone Fani <simonefani89@gmail.com>
Ing. Chiara Gabellieri <chiara.gabellieri1@gmail.com>
Ing. Alice Ghezzi <alice.ghezzi@iit.it>
Ing. Simon Lemerle <sp.lemerle@gmail.com>
Ing. Gianluca Lentini <g.lentini88@gmail.com>
Ing. Riccardo Mengacci <riccardo.mengacci@gmail.com>
Ing. Simone Monteleone <monteleone.simone.sm@gmail.com>
Ing. Domenico Mura <mura.domenico87@gmail.com>
Ing. Alessandro Palleschi <alessandropalleschi94@gmail.com>
Ing. George Jose Pollayil <gpollayil@gmail.com>
Ing. Mathew Jose Pollayil <mathewjosepollayil@gmail.com>
Ing. Martina Rossero <Martina.Rossero@iit.it>
Ing. Grazia Zambella <gr.zambella@gmail.com>

Modulo di Controllo dei Robot

La verifica del modulo di Controllo dei Robot è parte integrante dell'esame di Robotica. Il modulo di controllo dei robot è costituito da tre parti principali 

    1) Controllo di sistemi robotici completamente attuati: Applicazione e simulazione di schemi di controllo a giunti indipendenti, a coppia calcolata, a backstepping, e controllo adattivo per sistemi articolati e veicoli, in probemi di controllo di posizione, traiettoria e traccia

    2) Analisi delle proprietà strutturali di sistemi non lineari e loro applicazioni: Analisi qualitativa e quantitativa delle proprietà di raggiungibilità, osservabilità, identificabilità di sistemi robotici. Si consiglia di usare esempi di dimensioni limitate, in cui si possano trovare risultati per via analitica o comunque interpretare i risulatti numerici in termi fisici. I problemi di identificabilità di parametri costanti ignoti si prestano generalmente bene a questo scopo e si può collegare ai problemi di eccitazione dei parametri nel controllo adattivo. Nei casi in cui le proprietà strutturali siano verificate, è utile studiare accessibilità e osservabilità anche in termini quantitativi oltre che qualitativi.

    3) Controllo di sistemi robotici generali: Funzioni di Lyapunov di controllo, linearizzazione in retroazione ingresso-stati e ingresso-uscita, controllo di sistemi anolonomi.

La dimostrazione delle conoscenze e capacità dello studente può avvenire attraverso parti dell'approfondimento applicativo del corso di Robotica (comune quindi col modulo di Sistemi Robotici Distribuiti), oppure con un esame orale, oppure attraverso la presentazione di esercitazioni scritte curate dallo studente stesso, da solo o in collaborazione con un collega..

L'argomento delle esercitazioni scritte deve essere proposto dallo studente e approvato dal docente o dai collaboratori al corso. L'illustrazione dei risultati sarà affidata ad una presentazione da proiettare. Nella preparazione delle esercitazioni scritte si raccomanda di applicare i metodi di controllo visti a sistemi di un certo interesse applicativo e originalità,  il cui modello può essere anche preso dalla letteratura (che va sempre citata!).  I risultati devono essere discussi, ad esempio comparando le prestazioni di diversi approcci in diverse condizioni, illustrando la convergenze o meno dei parametri nei controlli adattivi e la capacità di ingressi diversi di eccitare la stima, la robustezza dei risultati alle variazioni dei parametri. Tipici temi sono il controllo cinematico e dinamico in cascata di sistemi completamente attuati, di tipo sia braccio articolato che veicolo su ruote, nel controllo di postura, di movimento e di traccia. Questo sarà fatto evidenziando i limiti dei diversi schemi di controllo e la loro robustezza alle incertezze del modello. Per i controlli adattivi, si deve studiare non solo il raggiungimento dell'obiettivo diinseguimento di postura, movimento o traccia, ma anche il comportamento delle stime dei parametri al variare delle condizioni di eccitazione.  Altro tema è lo studio delle proprietà di osservabilità, identificabilità e\o raggiungibilità di sistemi intrinsecamente non lineari, non limitandosi a verifiche binarie di rango delle relative distribuzioni, ma discutendo la anisotropia delle proprietà nello spazio di stato e dando interpretazioni fisiche dei risultati.  Infine, il candidato dimostrerà la padronanza delle tecniche di controllo basato su lineariszzazione in retroazione su sistemi non completamente attuati, illustrando i risultati in confronto con e tecniche basate su linearizzazione approssimata.  

In ogni tavola, deve essere chiaro quanto del lavoro è preso da letteratura preesistente, e quanto sviluppato dallo studente.   

Il testo degli elaborati deve essere messo a disposizione del docente almeno una settimana prima della data dell'appello orale, inviando una email contennet il link ad un repository su  cui visualizzare e/o scaricare il materiale (ad esempio, Dropbox o Google Drive)