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Meccanica delle Macchine Automatiche
Mechanics of Automatic Machinery
Luca Carbonari

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 9
Ore 72
Periodo II
Lingua ITA

Prerequisiti
Concetti base di meccanica ed analisi matematica.

Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
La natura multidisciplinare della meccanica delle macchine automatiche consente di far acquisire allo studente molteplici conoscenze: saranno impartite le informazioni fondamentali sulle tecniche di modellazione dei sistemi meccanici, sia analitiche che numeriche; verrà insegnato l’utilizzo di uno strumento di simulazione multibody di tipo commerciale; verranno richiamati gli elementi di base del controllo delle macchine automatiche e dei sistemi meccatronici. Inoltre i soli studenti di Informatica ed Automazione apprenderanno le tecniche per effettuare l’analisi di semplici sistemi meccanici ed una descrizione funzionale dei più comuni meccanismi, quali i motoriduttori e le trasmissioni.
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Lo studente dimostrerà la capacità di saper scegliere e applicare appropriati metodi analitici e di modellazione per poter simulare al meglio il comportamento di sistemi meccatronici, in ciclo aperto o in ciclo chiuso. Inoltre lo studente sarà in grado di effettuare analisi cinematiche, statiche e dinamiche di sistemi meccatronici, quali i robot o le macchine automatiche, tramite l’utilizzo di strumenti software numerici e multicorpo, avendo maturato capacità critiche nell’interpretazione dei risultati.
COMPETENZE TRASVERSALI:
L’elaborazione di esercitazioni di gruppo e la presentazione delle stesse in sede d’esame consente agli studenti di raggiungere una attitudine alla risoluzione dei problemi, per i quali sono previste scelte personali, capacità a lavorare in gruppo e capacità di esprimere e sostenere le proprie idee in un contesto tecnico, di presentare i risultati del proprio lavoro in modo facilmente comprensibile, di essere efficaci e convincenti nelle relazioni tecniche. Inoltre la particolarità dell’insegnamento che vede la contemporanea partecipazione di allievi ingegneri meccanici e di informatica ed automazione, stimolerà gli studenti alla multidisciplinarietà, alle problematiche intersettoriali e ad orientarsi all'innovazione industriale.

Programma
l programma dell'insegnamento è differenziato per studenti LM Ing. Informatica ed Automazione (9 CFU, 72 ore di didattica frontale) e studenti LM Ing. Meccanica (6 CFU, 48 ore di didattica frontale) come di seguito: 1. CINEMATICA (solo studenti LM Ing. Informatica ed Automazione) Tipi di vincolo e geometrie di contatto. Mobilità dei meccanismi. Analisi di posizione, di velocità e di accelerazione dei meccanismi piani e nello spazio. 2. STATICA (solo studenti LM Ing. Informatica ed Automazione). Equazioni della statica. Caratterizzazione statica dei vincoli cinematici. Dualità cineto-statica. Forze di contatto ed effetti dissipativi. 3. DINAMICA (solo studenti LM Ing. Informatica ed Automazione) Geometria delle masse. Equazioni della dinamica. Analisi dinamica diretta ed inversa. Metodi per la modellazione della dinamica dei sistemi meccanici: Newton-Eulero, Lagrange, bilancio delle potenze. Rendimento di sistemi meccanici. 4. MECCANISMI (solo studenti LM Ing. Informatica ed Automazione) Ruote dentate. Trasmissioni di potenza. Giunti. Cuscinetti. 5. STRUMENTI CAE PER L'ANALISI DEI SISTEMI MECCANICI (tutti gli iscritti) Cinematica dei sistemi in coordinate assolute. Equazioni di vincolo e matrice Jacobiana di vincolo. Cenni sugli algoritmi di soluzione di sistemi ODE e DAE. Esempi di utilizzo dei software per la modellazione dinamica dei sistemi multicorpo: MSC ADAMS. 6. MECCANICA DEI ROBOT (tutti gli iscritti) Robotica industriale ed avanzata. Esempi di applicazioni e normativa. Elementi di cinematica nella robotica: notazione di Denavit-Hartenberg, analisi dello spazio di lavoro, ellissoidi di manipolabilità. Pianificazione del moto: pianificazione nello spazio giunti e traiettorie nello spazio operativo. Esperienze di programmazione di robot industriali. Architettura dei controllori per la robotica. Componenti meccanici per la robotica: motori elettrici e riduttori. Criteri di scelta dei motori elettrici. Sensori utilizzati nel campo della robotica. Schemi di controllo per robot.

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Il livello di apprendimento dello studente verrà valutato attraverso due prove: - la presentazione e discussione di un progetto, per il quale verrà richiesto di modellare ed analizzare un semplice sistema meccanico concordato con il docente. - la prova orale, che avrà come oggetto la discussione di una o più tematiche trattate nel corso, anche attraverso la risoluzione di esercizi. Il progetto verrà svolto in gruppi di massimo 4 persone e verrà discusso in sede d'esame con la partecipazione contestuale di tutti gli studenti del gruppo.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Il superamento della prova è subordinato alla dimostrazione da parte dello studente della conoscenza dei contenuti principali del corso: metodi di modellazione ed analisi di sistemi multibody e di risoluzione delle equazioni dinamiche, principali componenti meccanici e loro funzionamento. Inoltre lo studente deve essere in grado di applicare gli strumenti di analisi acquisiti allo studio di semplici sistemi meccanici, mostrando una sufficiente sensibilità nella soluzione di problemi di natura meccanica ed automatica.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Il superamento dell'esame con votazione minima richiede una conoscenza sufficiente su tutte le tematiche del corso. La votazione massima richiede un'ottima conoscenza dei contenuti del corso oltre che un'ottima valutazione del progetto. La lode è riservata agli studenti che, avendo svolto tutte le prove in modo corretto e completo, abbiano dimostrato una particolare brillantezza nella esposizione orale.

CRITERI DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
Attribuzione del voto finale in trentesimi. Il docente avrà modo di verificare le conoscenze e le abilità tecniche acquisite dallo studente attraverso la valutazione del progetto. Verrà poi approfondita l'indagine con una discussione sulle tematiche del corso. Il progetto e la discussione orale avranno rispettivamente un peso di 1/3 e 2/3 sulla valutazione complessiva.

Testi consigliati
- J.J. Craig. Introduction to Robotics: Mechanics & Control. 3rd Ed., 2004, Pearson Prentice-Hall. - B. Siciliano. L. Sciavicco. L. Villani. G. Oriolo. Robotica. Modellistica, pianificazione e controllo. McGraw-Hill, 2008. In aggiunta, per studenti LM Ing. Informatica ed Automazione: - M. Callegari, P. Fanghella, F. Pellicano. Meccanica applicata alle macchine. Città Studi Edizioni.

Corsi di laurea

• Ingegneria Informatica e dell'Automazione (Corso di Laurea Magistrale (DM 270/04))
• Ingegneria Meccanica (Corso di Laurea Magistrale (DM 270/04))