MECCANISMI E MATERIALI PER LA ROBOTICA

Il corso include approssimativamente quaranta ore di lezioni (programma riportato di seguito) e venti ore di compiti/progetti.
Programma delle lezioni:

Introduzione ai trasduttori meccanici
Revisione delle basi fisiche (meccanica del continuo, elettromagnetismo, analisi dei circuiti);
Trasduttori piezoelettrici:
Analisi, modellazione e principi di progettazione,
Applicazioni: attuatori, generatori e sensori.
Trasduttori in elastomero dielettrico:
Analisi, modellazione e principi di progettazione,
Applicazioni: attuatori, generatori e sensori.
Trasduttori SMA (leghe a memoria di forma):
Analisi, modellazione e principi di progettazione,
Applicazioni: attuatori, generatori e sensori.
Trasduttori magnetoreologici:
Analisi, modellazione e principi di progettazione,
Applicazioni: attuatori, generatori e sensori.
Sistemi di strutture passive (meccanismi compliant, compensazione elastica, meccanismi di accordatura dell'impedenza ecc...):
Analisi, modellazione e principi di progettazione,
Applicazioni: riduttori di velocità/trasmissioni e sensori.

Questo corso è dedicato all'analisi, alla modellazione e alla progettazione di trasduttori meccanici avanzati, intesi come sensori, attuatori e accumulatori di energia. Durante il corso vengono presi in considerazione diversi principi di trasduzione basati su materiali e strutture intelligenti.
Lo studente parte dalle equazioni costitutive, dai principi fisici e dagli strumenti analitici per descrivere la risposta dei trasduttori e studiare i meccanismi che rendono possibile la loro implementazione. Non appena lo studente ha acquisito le conoscenze di base per comprendere e analizzare questi dispositivi, vengono presentate e illustrate alcune implementazioni ingegneristiche più specifiche.
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:
- comprendere il principio di funzionamento di diversi trasduttori meccanici (sensori, attuatori e generatori);
- scegliere la tecnologia di trasduzione più adatta per una determinata applicazione e le relative specifiche;
- analizzare e valutare le prestazioni e la figura di merito dei trasduttori;
- progettare sistemi di trasduttori e singoli componenti.

Lo studente deve avere conoscenze consolidate in
- fisica: basi di meccanica (compresa la cinematica e la dinamica) e di elettro-magnetismo;
- matematica: solide basi di algebra lineare, calcolo differenziale mono e multivariabile;
- meccanica solida: tensori di sforzo/deformazione e teoria delle travi.

Alcune conoscenze di base suggerite, ma non obbligatorie, sono nel campo di:
- Progettazione/dinamica dei macchinari;
- Nozioni di base di fluidodinamica.

Per superare l'esame, gli studenti devono sostenere un esame orale in cui sono valutati sulla loro capacità di:

1. descrivere/spiegare, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato, la teoria di funzionamento e il principio di funzionamento dei diversi tipi di trasduttori che sono stati presentati durante le lezioni;
2.identificare la tecnologia di trasduzione appropriata per le diverse esigenze applicative;
3. risolvere (uno o due) problemi/esercizi relativi all'analisi e alla progettazione di trasduttori meccanici;
4. presentare e difendere il proprio progetto.

Books*:
- Williams, J. H., Fundamentals of applied dynamics. New York: John Wiley & Sons, Inc, 1996.
- Crandall, S. H., Karnopp, D.C. Dynamics of mechanical and electromechanical systems. Medtech 2017 (or previous edition by McGraw-Hill).
- Leo, D. J., Engineering analysis of smart material systems. John Wiley & Sons, 2007.
- Blackburn, J. F. (Ed.). (1969). Fluid power control. Massachusetts Institute of Technology, The MIT Press.
- Griffiths, D. J., Introduction to electrodynamics, 2003 (any version).
- Carpi, F., De Rossi, D., Kornbluh, R., Pelrine, R. E., & Sommer-Larsen, P., Dielectric elastomers as electromechanical transducers: Fundamentals, materials, devices, models and applications of an emerging electroactive polymer technology. Elsevier, 2011.
- Howell, L. L., Compliant mechanisms. John Wiley & Sons, 2001.

* books are only intended for supplementary material.

contattare marcoDOTfontanaATsantannapisa.it

Sede La Fontina Istituto di Intelligenza Meccanica.
Via Alamanni 13b
San Giuliano Terme
56010