Sono necessarie conoscenze di Elettrotecnica e Meccanica Applicata 

Il corso affronta le problematiche di base  riguardanti i dispositivi misti meccanici - elettronici presenti nell'automazione industriale e presenta alcune applicazioni caratteristiche al riguardo. Vengono in particolare analizzati componenti di sensorizzazione, sia descrivendo le tipologie costruttive e funzionali degli strumenti atti al rilievo delle tipiche grandezze fisiche e meccaniche, i componenti di interfaccia e di regolazione della potenza, considerando tipiche attuazioni elettriche. Sono previste diverse esercitazioni di laboratorio utilizzando schede low-cost per implementare le varie fasi di acquisizione, misura e comando di dispositivi meccatronici.

Gli obiettivi formativi sono quelli di dare allo studente la possibilità di operare concretamente con attività di laboratorio su schede di acquisizione e di comprendere, durante il loro utilizzo, i concetti principali legati alla acquisizione, al pilotaggio e al controllo.

Sono previste lezioni ma anche numerose esercitazioni pratiche (40% delle ore) in cui gli studenti affronteranno direttamente le problematiche.

L’esame verterà in una prova scritta inerente gli argomenti trattati nel corso e nella eventuale discussione di un progetto d’anno.

Programma  dettagliato                    

Argomento 1: Introduzione al corso, definizione di meccatronica. La robotica come esempio di sistemi meccatronici, androidi e applicazioni recenti della robotica. Definizione di sistema meccatronico, esempi di progetti meccatronici. Modelli di sistemi: caratteristiche e classificazione, tipi di ingressi. Schema di un dispositivo di attuazione controllata; esempi: carrello elevatore polare, servosistema idraulico di controllo posizione, servoasse lineare elettrico controllato.

Argomento 2: Caratteristiche dinamiche dei componenti reali: soluzione equazione differenziale nel dominio del tempo per modelli lineari, analogie nella modellazione dei sistemi, sistemi di ordine 0, 1 e 2, analisi del comportamento dei sistemi di ordine 1 ad ingressi impulsivi, a gradino, a rampa, analisi del comportamento dei sistemi di ordine 2 rispetto ad un ingresso a gradino, sistema sottosmorzato, sovrasmorzato, criticamente smorzato.

Argomento 3: Regolazione nei sistemi meccatronici: regolazione ad anello aperto o ad anello chiuso. Regolatori standard: regolatori P,PI,PID. Regolatori meccanici. Regolatori elettronici tramite amplificatore operazionali. Tuning dei regolatori. Identificazione delle resistenze elettriche.

Argomento 4: Regolazione digitale. Classificazione dei segnali da acquisire, campionamento, quantizzazione, conversione A/D, struttura di una scheda di acquisizione. Problematiche di acquisizione di segnali analogici, fenomeno dell’aliasing, teorema del campionamento, errore di quantizzazione, schede a guadagno variabile.

Argomento 5 Componenti meccatronici: attuatori. Attuatori elettromagnetici: classificazione. Funzionamento motore elettrico a corrente continua (DC): principio, equazioni di base, curva caratteristica, comportamento dinamico. Motore asincrono: principio di funzionamento, regolazione. Motore sincrono: principio di funzionamento, regolazione. Motore passo-passo: principio di funzionamento, caratteristica.  Motori elettrici lineari.

 Argomento 6: Sensori utilizzati in robotica: estensimetri a variazione di resistenza, accelerometri, encoder assoluto ed incrementale, IMU, sensori di prossimità pneumatici elettrici ed ottici, sensori di distanza, sensori ad ultrasuoni, sensori tattili.

Argomento 7: Tipologie di errori, definizione dei parametri più significativi del comportamento statico. Taratura di uno strumento di misura (sensore) fatta con ingresso costante o con ingresso variabile, propagazione degli errori.

Esercitazioni

Utilizzo delle schede di acquisizioni commerciali (Arduino): utilizzo di una bredboard, analisi componenti principali, comandi di programmazione per accensione di led, sincronizzazione, pilotaggio di un motore, scrittura dati su LCD .

Realizzazione ed analisi di tutte le esercitazioni e dei componenti utilizzati nel Kit ‘Arduino ‘.

Testi d’esame consigliati:

Slides del corso

Arduino Project Book