robotica e automazione

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Ingegneria Robotica e dell’Automazione
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INGEGNERIA ROBOTICA E DELL’AUTOMAZIONE
Classe
LM-25
Dipartimento
DII
Sito internet
http://lsaut.dsea.unipi.it/
Presidente del Corso di Laurea Magistrale :
Andrea Caiti
Email: andrea.caiti[at]unipi.it
Coordinatore:
Unità Didattica del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, via Caruso 16 – 56122, Pisa
Tel.: 050 2217642-511
Fax: 050 2217522
Email: didattica_DII[at]ing.unipi.it
DESCRIZIONE DEL CORSO
Il laureato del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Robotica e dell’Automazione ha un profilo culturale e
professionale focalizzato su conoscenze scientifiche e tecnologiche riguardanti la modellazione, la simulazione
e il controllo di sistemi per l’automazione, la robotica industriale e la robotica mobile. Lo scopo del Corso è di
formare ingegneri capaci di innovare e sviluppare la produzione, di gestire e controllare sistemi complessi, con
elevate capacità di progettazione, pianificazione e programmazione avanzata. Si tratta di una figura
professionale che trova sbocchi lavorativi nella libera professione, nelle imprese manifatturiere o di servizi e
nelle amministrazioni pubbliche. I laureati magistrali in Ingegneria Robotica e dell’Automazione, avendo la
conoscenza di tecniche e metodologie caratteristiche delle scienze di base (matematica, fisica), saranno in
grado di utilizzare tali conoscenze per interpretare e descrivere attraverso modelli formali i problemi tipici
dell’Ingegneria dell’Automazione e della Robotica, con particolare riferimento alla modellistica,
identificazione e simulazione di processi e di sistemi e al progetto di leggi e di strategie di controllo.
L’approccio tipico della teoria dei sistemi e dei controlli automatici permette al laureato in Ingegneria
Robotica e dell’Automazione di interfacciarsi con gli specialisti dei processi da automatizzare allo scopo di
suggerire soluzioni operative e di progetto più efficaci in termini tecnici ed economici. Una peculiarità del
corso è di essere rivolto a studenti di primo livello laureati in diversi settori (tipicamente in ingegneria
informatica, meccanica, elettrica, biomedica e gestionale) e di aggiungere le metodologie dell’automazione
alle conoscenze preesistenti, allo scopo di formare una figura professionale multidisciplinare e innovativa in
ambito ingegneristico, capace di affrontare problemi complessi in contesti intrinsecamente multidisciplinari. Il
Corso di Laurea magistrale in Ingegneria Robotica e dell’Automazione prevede un unico curriculum, con esami
tipici del settore dell’Automazione e della Robotica e due gruppi di esami tra i quali lo studente può scegliere
il proprio percorso formativo ottimale. Il primo gruppo ha lo scopo di completare la formazione acquisita nel
percorso di laurea triennale di provenienza, il secondo gruppo permette di orientare il proprio curriculum
verso il settore dell’Automazione e Gestione dei Sistemi, oppure del Controllo dei Veicoli. La prova finale
consiste nella stesura, nella presentazione e nella discussione di un elaborato relativo ad attività di
progettazione o di ricerca. La valutazione dell’elaborato, oltre che sulla qualità del lavoro svolto, sarà basata
sulla padronanza dei temi trattati, sulla capacità di operare in modo autonomo, sulle attitudini di sintesi e
sulle capacità di comunicazione. Il Corso di Laurea Magistrale, in continuità con l’esperienza positiva della
Laurea Specialistica in Ingegneria dell’Automazione, tende a favorire la possibilità di esperienze internazionali:
Dalla pagina web di Ateneo: https://www.unipi.it/index.php/lauree/corso/10523. Aggiornato al 20/05/2016
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alcuni insegnamenti e la tesi di laurea possono essere svolti all’estero, sia nell’ambito del programma
Socrates, che come free movers.
SBOCCHI PROFESSIONALI
Il laureato magistrale in Ingegneria Robotica e dell’Automazione può trovare occupazione in tutti gli ambiti
relativi all’innovazione e allo sviluppo
della produzione, alla progettazione, pianificazione e alla
programmazione di sistemi integrati di controllo, alla gestione di sistemi complessi ad alta tecnologia. I
possibili sbocchi professionali includono: la libera professione; le imprese in cui sono sviluppate funzioni di
dimensionamento e realizzazione di architetture complesse, di sistemi automatici e robotici, di sistemi di
controllo di assetto e navigazione, di processi e di impianti per l’automazione e per la robotica; le piccole e
medie imprese e gli istituti di ricerca che svolgano attività avanzata nella progettazione sistemistica e
integrata, a livello nazionale e internazionale; servizi di automazione e integrazione di sistemi nella Pubblica
Amministrazione. In generale: la differenziazione di competenze con la laurea di primo livello è risultata
molto importante per una rapida collocazione nel mondo del lavoro.
PIANO DI STUDI
I ANNO
II ANNO
• Attività a scelta (6 cfu)
• Attività a scelta (6 cfu)
• Controllo dei Processi (12 cfu)
• Controllo e identificazione dei sistemi incerti (12
cfu)
• Meccanica dei robot (6 cfu)
• Probabilità e Processi Stocastici (6 cfu)
• Teoria dei sistemi e del controllo (12 cfu)
• 6 cfu a scelta nel gruppo GRUPPO B
• 12 cfu a scelta nel gruppo GRUPPO A
• Prova finale (18 cfu)
• Robotica (12 cfu)
• Sistemi di guida e navigazione (6 cfu)
• 6 cfu a scelta nel gruppo GRUPPO B
I ANNO
•
Attività a scelta (6 CFU)
•
Controllo dei Processi (12 CFU)
· Obiettivi formativi: Modulo “Cibernetica fisiologica”: ci si occupa di modellizzare, attraverso gli
strumenti matematici propri della teoria dei controlli automatici, i processi fisici e chimici degli
organismi viventi, al fine di interpretarne e prevederne il comportamento ed eventualmente di
dimensionarne il controllo per mezzo di farmaci o sistemi meccatronici. Modulo “Controllo dei
processi tecnologici”: il corso si propone di fornire le basi per l’analisi e per il controllo dei processi
multivariabili. Vengono perciò presentate le tecniche principali per la analisi e la sintesi dei
controllori decentralizzati. Vengono affrontate la sintesi dei controllori nel dominio della frequenza e
le tecniche di monitoraggio per le applicazioni ingegneristiche di interesse nel campo
dell’automazione. L'insegnamento ha l'obiettivo di sviluppare le capacità di analisi e di sintesi di
controllori per processi industriali.
· Modalità di verifica finale: Prova orale con valutazione in trentesimi
· Semestre: Secondo semestre
•
Meccanica dei robot (6 CFU)
· Obiettivi formativi: L'insegnamento è organizzato in modo da fornire allo studente gli strumenti per la
costruzione di modelli dinamici di sistemi meccanici complessi, quali i bracci manipolatori, le
piattaforme di manipolazione parallele, e i veicoli autonomi. Il corso si propone di fornire agli allievi
le nozioni fondamentali e gli strumenti necessari per l’analisi, la progettazione ed il controllo di
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sistemi robotici, intesi nella loro più ampia accezione: sistemi meccanici controllati da un processore
digitale, dotati di capacità sensoriali e di intervento sull’ambiente, con caratteristiche di elevata
autonomia e di facile interazione con l’uomo. Lo studente al termine del corso è posto in grado di:
conoscere le tipologie e le applicazioni dei sistemi robotici usati nell’industria e in altri settori
dell’economia e dei servizi; saper definire i modelli geometrici, cinematici e dinamici dei sistemi
meccanici utilizzati in robotica; L'insegnamento ha l'obiettivo di sensibilizzare gli studenti ad
affrontare un problema di ingegneria mediante un approccio metodologico, organico, basato sulla
modellistica del fenomeno fisico e sugli strumenti analitici atti ad affrontare soluzioni ingegneristiche.
•
Probabilità e Processi stocastici (6 CFU)
· Obiettivi formativi: Le conoscenze fornite dall’insegnamento sono relative alle nozioni di base del
Calcolo delle Probabilità: spazio degli eventi, misure di probabilità; probabilità condizionale,
indipendenza, formule di fattorizzazione e di Bayes; funzione di distribuzione cumulativa, densità di
probabilità; variabili aleatorie, valor medio, varianza ed altre grandezze medie, funzione generatrice
e caratteristica; principali esempi di variabili aleatorie discrete e continue; legge dei grandi numeri,
teorema limite centrale, grandi deviazioni. Saranno inoltre trattati gli elementi generali di teoria dei
processi stocastici: processi stocastici a tempo discreto e continuo, campi aleatori; loro valori medi
del primo e secondo ordine; processi gaussiani; processi stazionari e processi ergodici; proprietà di
Markov; alcuni esempi, come il moto browniano ed il processo di Poisson. Approfondimenti sui processi
stocastici: catene di Markov a tempo discreto, misure invarianti; processi di Markov a salti, legame
con la teoria delle code; equazioni differenziali stocastiche, equazione di Fokker-Planck.
· Modalità di verifica finale: Prova orale
· Semestre: Primo semestre
•
Teoria dei sistemi e del controllo (12 CFU)
· Obiettivi formativi: Il corso si propone di fornire all'allievo gli strumenti tipici dell'analisi dei sistemi
dinamici sia continui che discreti sia in ambiente deterministico che stocastico, di trattare le
proprietà strutturali dei sistemi e di apprendere le tecniche di sintesi del controllo, al di là delle
tecniche basilari nel dominio della frequenza usualmente utilizzate. Il corso si pone l'obiettivo di
sviluppare la capacità di analisi dei sistemi dinamici e della sintesi del controllo e di sviluppare
capacità metodologiche generali di impostazione di un problema di automazione dal punto di vista
ingegneristico. L'insegnamento ha l'obiettivo di sensibilizzare gli studenti ad affrontare un problema di
ingegneria mediante un approccio metodologico approfondito, organico, basato sulla modellistica del
fenomeno fisico e sugli strumenti analitici atti ad affrontare soluzioni ingegneristiche.
· Semestre: Annuale
•
12 CFU a scelta nel GR A (12 CFU)
Informatica e sistemi in tempo reale (6 CFU)
· Obiettivi formativi: Il corso si propone l'obiettivo di fornire le basi per la progettazione e
l'implementazione di controllori digitali software tramite sistemi operativi real-time concorrenti. In
una prima fase vengono richiamati i principi di programmazione e le conoscenze di base in C
necessarie. Vengono poi affrontati argomenti sia di progettazione software che di progettazione di un
controllore digitale, tenendo conto di ritardi e approssimazioni introdotti dal supporto digitale.
L'obiettivo del corso è duplice. Da un lato, si vuole far prendere coscienza allo studente dei problemi
pratici legati al passaggio da un ambiente di progettazione teorico-simulativo all'implementazione
pratica. Dall'altro, si vogliono sviluppare tecniche di progettazione e programmazione che permettano
una corretta implementazione real-time. L'insegnamento ha l'obiettivo di sensibilizzare gli studenti al
problema di “integrazione” tra tecniche strettamente software e tecniche di progettazione di
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controllori. Lo studente dovrà sviluppare un approccio metodologico integrato che permetta di
prevedere problemi di natura progettazione.
Sistemi Elettronici per Automazione e Robotica (6 CFU)
· Obiettivi formativi: Le conoscenze fornite dall’insegnamento sono relative ai sistemi elettronici per
applicazioni di automazione e robotica. Verranno affrontati sia aspetti di interfacciamento col mondo
esterno (acquisizione da sensori, comando di attuatori) sia gli aspetti di comunicazione ed
elaborazione digitale con programmabilità sia software (esecuzione di istruzioni in micro-controllori
e/o DSP) che hardware (impostazione sul campo della connettività in PLD e FPGA). Dei diversi sistemi
verranno analizzate le architetture logiche, le caratteristiche elettriche, i linguaggi e strumenti CAD
di modellizzazione e sviluppo hardware-software, i bus di comunicazione per applicazioni di controllo.
In tali settori lo studente maturerà competenze specifiche anche mediante attività progettuali.
Verranno mostrati esempi applicativi di sistemi per acquisizione dati da sensori, per controllo di
veicoli e/o per automazione industriale.
· Modalità di verifica finale: Prova orale con progetto
Termofluidodinamica e macchine (6 CFU)
· Obiettivi formativi: Il corso affronta tre parti principali. Nella prima parte vengono descritti: gli
aspetti di origine e di controllo delle fonti energetiche; le fondamentali variabili per gli studi
termofluidodinamici; le macchine a fluido e i principali cicli termodinamici ai quali rispondono queste
macchine; gli scambiatori di calore. Nella seconda parte vengono presentati ed affrontati gli
argomenti: della termofluidodinamica di fluidi a basse ed alte velocità; degli ugelli di espansione;
dell’energia eolica. Infine, nella terza ed ultima parte vengono considerati gli strumenti di analisi
fondamentali delle turbomacchine, suddivise in :impianti a vapore; ventilatori e compressori; impianti
di turbine a gas; impianti a cicli combinati. Lo scopo principale del Corso è quello di fornire agli
studenti, provenienti da studi privi o carenti di nozioni di energetica e di macchine, le informazioni ci
base necessarie per poter affrontare ed applicare moltissime delle tecniche che costituiscono
l’oggetto principale della loro Laurea. L'insegnamento ha l'obiettivo di sensibilizzare gli studenti ad
affrontare i problemi termodinamici mediante un approccio organico, per affrontare e risolvere vari
aspetti professionali delle macchine considerate, sia dal punto di vista progettuale, che di verifica e
controllo di esse.
•
6 CFU a scelta nel GR B (6 CFU)
Controllo digitale (6 CFU)
· Obiettivi formativi: Il corso si propone di fornire le basi per l’analisi e il controllo digitale dei sistemi
dinamici. Lo scopo è di descrivere le tecniche di discretizzazione dei segnali, le metodologie di analisi
e controllo dei sistemi discreti, o con componenti discreti. Vengono presentate le tecniche principali
per la analisi e la sintesi dei controllori digitali per le applicazioni ingegneristiche di interesse nel
campo dell’automazione.
Dinamica dei veicoli (6 CFU)
· Obiettivi formativi: L'insegnamento ha lo scopo di fornire gli strumenti per comprendere ed analizzare
il funzionamento dinamico degli autoveicoli. L'insegnamento si propone di analizzare criticamente la
modellazione degli autoveicoli al fine di meglio comprenderne il comportamento dinamico, a partire
dal modello meccanico della ruota con pneumatico. L’insegnamento si prefigge l’obiettivo di
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sviluppare le capacità di saper creare un modello di veicolo, e di studiare le problematiche in termini
di assetto, frenatura e stabilità. L’insegnamento ha l’obiettivo di sensibilizzare gli studenti sulla
complessità dell’attività di modellazione nel contesto veicolistico, dove le proprie conoscenze e
competenze devono poter portare allo studio di sistemi complessi.
Laboratorio di Meccanica e Meccatronica (6 CFU)
· Obiettivi formativi: Il corso di “Meccatronica” mira a fornire competenze di base per la modellazione,
la pianificazione del movimento e la realizzazione di sistemi di automazione a controllo digitale. Il
corso offre allo studente competenze per affrontare la progettazione di una architettura di controllo
funzionale. Il corso esaminerà le componenti di un sistema di automazione dai quattro diversi punti di
vista, meccanica, elettronica, programmazione e controllo. Tali tematiche verranno affrontate da una
prospettiva di insieme, relazionando come eventuali scelte/limitazioni sulla struttura di controllo,
meccanica, e/o elettronica si relazionino tra loro e concorrano insieme a definire le prestazioni
complessive di sistema. Il corso di compone di lezioni teoriche ed esercitazioni sia in aula informatica
che in laboratorio.
Robotica aerospaziale (6 CFU)
· Obiettivi formativi: L’insegnamento si propone di fornire le basi per l’analisi e la sintesi di sistemi
autonomi in ambito aeronautico e spaziale, con riferimenti alle problematiche di moto in tali
ambienti.
Sistemi subacquei (6 CFU)
· Obiettivi formativi: L’insegnamento ha l’obiettivo di fornire conoscenze integrative nel campo delle
tecnologie per l’esplorazione geofisica in ambiente subacqueo. In particolare, l’insegnamento si
propone di fornire conoscenze riguardanti la propagazione e le comunicazioni acustiche subacquee, la
strumentazione per l’esplorazione del fondale marino (side-scan sonar, ecoscandagli a fasci, subbottom profilers, …), i sistemi automatici di raccolta dati, inclusi i robot subacquei autonomi o semi
autonomi. L’insegnamento intende sviluppare negli studenti le capacità di pianificare, condurre e
interpretare i risultati di sperimentazione geofisica in mare; in particolare, si intende sviluppare la
capacità di scelta critica della strumentazione e del suo impiego relativamente all’obiettivo della
sperimentazione. L’insegnamento ha l’obiettivo di rendere gli studenti consapevoli delle
problematiche, dei limiti fisici e dei necessari compromessi nelle prestazioni dovuti alla complessità
ed ai vincoli della sperimentazione in ambito marino. In particolare, si intende sviluppare un
approccio razionale e metodologicamente motivato alla scelta, configurazione ed impiego della
strumentazione oceanografica.
II ANNO
•
Controllo e identificazione dei sistemi incerti (12 CFU)
· Obiettivi formativi: Il corso si propone di fornire un insieme di metodologie per l’analisi di sistemi
dinamici in condizioni di incertezza, per la stima delle grandezze incerte e per il trattamento
conseguente dei dati di processo. Vengono in particolare fornite conoscenze riguardanti la teoria della
stima, i processi stocastici dinamici lineari (modelli autoregressivi,
· a media mobile, …), il filtraggio ricorsivo e l’analisi dei dati (periodogramma, componenti
spettrali,…). L'insegnamento ha l'obiettivo di sviluppare le capacità di analisi critica di situazioni con
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incertezza sul sistema dinamico e sul sistema di misura, e di fornire un insieme di metodologie che
consentano di progettare e porre in atto esperimenti per la stima di grandezze dinamiche incerte.
L'insegnamento ha infine l'obiettivo di rendere gli studenti consapevoli delle problematiche pratiche
legate alle incertezze nei processi dinamici, industriali e non; l’insegnamento ha inoltre l’obiettivo di
sviluppare le capacità di analisi e sintesi degli studenti per consentire un approccio razionale e
metodologicamente motivato alla gestione dell’incertezza.
•
Attività a libera scelta (6 CFU)
•
Prova finale (18 CFU)
· Obiettivi formativi: La prova finale consiste nella presentazione da parte del laureando della attività
di tesi svolta come approfondimento di fine corso nelle discipline tipiche dell'Ingegneria Robotica e
dell'Automazione.
· Modalità di verifica finale: Dissertazione orale
•
Robotica (12 CFU)
· Obiettivi formativi: L'insegnamento è organizzato in due parti. Nella prima si forniscono allo studente
gli strumenti le nozioni fondamentali e gli strumenti necessari per l’analisi, la progettazione di
algoritmi per il controllo e la gestione di sistemi distribuiti per l'automazione e la robotica, sia in
ambito industriale che di servizio. Nella seconda parte si affronta il problema del controllo dei robot
manipolatori e dei veicoli autonomi (a bassa velocità).
•
Sistemi di guida e navigazione (6 CFU)
· Obiettivi formativi: L’insegnamento ha lo scopo di illustrare gli strumenti e le metodologie per la
guida, la navigazione ed il controllo di veicoli autonomi e semi autonomi con particolare riguardo alle
metodologie di localizzazione, inseguimento e stima di traiettorie, individuazione di guasti,
navigazione in formazione e in spazi vincolati. Vengono presentate le tecniche principali di guida e le
caratterizzazioni delle tecniche di misura della posizione e del calcolo del fix di navigazione. Viene
affrontato il problema dell’integrazione di vari sistemi di navigazione per la riduzione dell’errore di
posizione. L'insegnamento ha l'obiettivo di sviluppare le capacità di analisi riguardanti le
problematiche di guida e navigazione di veicoli mobili.
•
6 CFU a scelta nel GR B (6 CFU)
Controllo digitale (6 CFU)
· Obiettivi formativi: fornire le basi per l’analisi e il controllo digitale dei sistemi dinamici. Lo scopo è
di descrivere le tecniche di discretizzazione dei segnali, le metodologie di analisi e controllo dei
sistemi discreti, o con componenti discreti. Vengono presentate le tecniche principali per la analisi e
la sintesi dei controllori digitali per le applicazioni ingegneristiche di interesse nel campo
dell’automazione.
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Dinamica dei veicoli (6 CFU)
· Obiettivi formativi: fornire gli strumenti per comprendere ed analizzare il funzionamento dinamico
degli autoveicoli. L'insegnamento si propone di analizzare criticamente la modellazione degli
autoveicoli al fine di meglio comprenderne il comportamento dinamico, a partire dal modello
meccanico della ruota con pneumatico. L’insegnamento si prefigge l’obiettivo di sviluppare le
capacità di saper creare un modello di veicolo, e di studiare le problematiche in termini di assetto,
frenatura e stabilità. L’insegnamento ha l’obiettivo di sensibilizzare gli studenti sulla complessità
dell’attività di modellazione nel contesto veicolistico, dove le proprie conoscenze e competenze
devono poter portare allo studio di sistemi complessi.
Laboratorio di Meccanica e Meccatronica (6 CFU)
· Obiettivi formativi: fornire competenze di base per la modellazione, la pianificazione del movimento
e la realizzazione di sistemi di automazione a controllo digitale. Il corso offre allo studente
competenze per affrontare la progettazione di una architettura di controllo funzionale. Il corso
esaminerà le componenti di un sistema di automazione dai quattro diversi punti di vista, meccanica,
elettronica, programmazione e controllo. Tali tematiche verranno affrontate da una prospettiva di
insieme, relazionando come eventuali scelte/limitazioni sulla struttura di controllo, meccanica, e/o
elettronica si relazionino tra loro e concorrano insieme a definire le prestazioni complessive di
sistema. Il corso di compone di lezioni teoriche ed esercitazioni sia in aula informatica che in
laboratorio.
Robotica aerospaziale (6 CFU)
· Obiettivi formativi: fornire le basi per l’analisi e la sintesi di sistemi autonomi in ambito aeronautico e
spaziale, con riferimenti alle problematiche di moto in tali ambienti.
Sistemi subacquei (6 CFU)
· Obiettivi formativi: fornire conoscenze integrative nel campo delle tecnologie per l’esplorazione
geofisica in ambiente subacqueo. In particolare, l’insegnamento si propone di fornire conoscenze
riguardanti la propagazione e le comunicazioni acustiche subacquee, la strumentazione per
l’esplorazione del fondale marino (side-scan sonar, ecoscandagli a fasci, sub-bottom profilers, …), i
sistemi automatici di raccolta dati, inclusi i robot subacquei autonomi o semi autonomi.
L’insegnamento intende sviluppare negli studenti le capacità di pianificare, condurre e interpretare i
risultati di sperimentazione geofisica in mare; in particolare, si intende sviluppare la capacità di
scelta critica della strumentazione e del suo impiego relativamente all’obiettivo della
sperimentazione. L’insegnamento ha l’obiettivo di rendere gli studenti consapevoli delle
problematiche, dei limiti fisici e dei necessari compromessi nelle prestazioni dovuti alla complessità
ed ai vincoli della sperimentazione in ambito marino. In particolare, si intende sviluppare un
approccio razionale e metodologicamente motivato alla scelta, configurazione ed impiego della
strumentazione oceanografica.

robotica e automazione

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