Robotica, Sistemi di produzione e Sistemi di ... · • Progetto di macchine e azionamenti...

Robotica, sistemi di produzione e sistemi di movimentazione in ambientipoco strutturati

14/12/2010 – CNR Parma 1

Robotica, Sistemi di produzione e Sistemi di Movimentazione in Ambienti

Poco StrutturatiProgetto SP. 003 del Dipartimento

Sistemi di Produzione


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Gli Istituti

Robotica, sistemi di produzione e sistemi di movimentazione in ambienti poco strutturati (SP.P03)

Numero Commesse "attive"

Numero moduli "attivi"

Personale equivalete a tempo pieno

Ricercatori Totale

8 10 34 58

Istituti esecutoriIstituto di tecnologie industriali e automazione (3 commesse)

Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l'automazione (3 commesse)

Istituto per le macchine agricole e movimento terra (2 commesse)


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Le Linee di Ricerca e le Commesse

• Controlli e simulatori di mezzi mobili e loro sottosistemi

• Prototipi e tecniche di lavoro meccanizzato

• Conversione intelligente dell’energia negli azionamenti elettrici e nella generazione elettrica da fonti rinnovabili

• Sistemi sensoriali per il controllo di qualità e diagnostica

• Sistemi robotici autonomi e controllo

• Macchine, robot e servizi innovativi customer oriented

• Soluzioni innovative per la meccanica strumentale

• Nuove applicazioni di microsistemi in componentistica avanzata

}}}IMAMOTER

ISSIA

ITIA


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Progetto SP. 003: I Numeri


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II+III=56,9%

Più del 50% del personale in ruolo è composto da ricercatori e tecnologi, forte connotazione alla ricerca e alla innovazione.


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Spiccata capacità di attrarre investimenti da parte di aziende e di consorzi o investitori Istituzionali

58 strutturati e 24 assegnistiUn assegnista ogni2 strutturati


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Progetto SP. 003: I NumeriPr

evisi

one

Robotica, sistemi di produzione e sistemi di movimentazione in ambienti poco strutturati (SP.P03)

Personale tempo ind./det.

Funz. + Invest.

Spese da

Fonti Esterne

Spese per Infrastrutt.

tecn.-scient. a gestione

accentrata

TotaleRisorse da

esercizi precedenti

Massa Spendibi

le

Costi figurativi

Valore Effettivo

1 2 3 4 5=1+2+3+4 6 7=2+3+6 8 10=5+6+

8

2010 -2012 3.250 176 1.307 80 4.813 846 2.329 579 6.238


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Il Progetto SP003: Le Tematiche Comuni

Le tematiche comuni dei gruppi di lavoro afferenti alle commesse del progetto riguardano:• Le tecnologie industriali, l’automazione e la robotica• La sensoristica asservita alla mappatura di ambienti e prodotti• La diagnostica e la diagnostica predittiva e il condition monitoring sia

legata a tecniche inferenziali e statistiche sia legata alla sensoristica• La generazione e la gestione della energia e della potenza legata al

moto • L’automatizzazione dei processi o del moto delle macchine, più in

generale la creazione di sessioni di lavoro autonome per le macchine la cui missione è rappresentata da una lavorazione in un ambiente non strutturato (marino, terrestre e aereo).


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Crossing Competencies

• Progettazione di sistemi robotici per diversi ambiti: industriale, marino e per il mondo delle macchine operatrici

• Progettazione meccatronica, fluidodinamica, e vibro-acustica di componenti per linee produttive, robot e macchine

• Progetto e applicazione di nuovi materiali per la meccanica e le macchine: materiali compositi, fibre rinforzate e leghe innovative (schiume metalliche)

• Progettazione di sistemi elettronici embedded e algoritmi software per il controllo di robot, di sistemi di automazione e di motori elettrici e generatori

• Progettazione di sensori e di sistemi di diagnostica• Progettazione di microcomponenti e microsistemi con tecnologie innovative• Progettazione di layout industriali per la realizzazione di linee produttive

ottimizzate• Progettazione di Inverter e motori elettrici a elevato rendimento e di sistemi per

la gestione delle energie rinnovabili • Progetto di Energy Harvester per alimentazione di componenti e mini-macchine


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Progetto SP003: La Visione• Veicoli autonomi cooperativi (marini, terrestri, aerei e spaziali), • macchine e linee produttive autonome e riconfigurabili• Componenti e micro-componenti “smart” e completamente

integrati• Energy harvesting, sistemi a bassa dissipazione energetica,

gestione efficiente della energia, low emissions components/systems

• Sicurezza totale (intrinseca)per l’uomo,l’ambiente e le macchine stesse

• Sostenibilità ambientale e sociale


14/12/2010 – CNR Parma 11

Controlli e simulatori di mezzi mobili e loro sottosistemi: Le Competenze

• Progettazione meccanica di componenti per l’oleodinamica di potenza, sia mobile che industriale

• Progettazione fluidodinamica di componenti• Progettazione elettronica embedded e controlli per la

gestione di macchine e componenti industriali• Progettazione vibro-acustica sia di componenti che di

ambienti• Progettazione meccanica di strutture per macchine

operatrici

Responsabile: Eleonora Carletti


14/12/2010 – CNR Parma 12

Controlli e simulatori di mezzi mobili e loro sottosistemi: I Progetti

• Reti per sincronizzazione di macchine che lavorano cooperativamente (nuova norma ISO)

• Sonda intensimetrica 3D innovativa• Progetto di cabine di macchine operatrici in materiali compositi• Progetto di Sistema rigenerativo

Load Sensing (Pat.)• Progetto di sistema di controllo

multiplo per gestione potenza su macchina operatrice

• Progetto di valvola innovativa oleodinamica (Pat.)

• Energy harvesterpiezoceramico


14/12/2010 – CNR Parma 13

Controlli e simulatori di mezzi mobili e loro sottosistemi: I Progetti

• Progetto ICT Agri: Progetto STRATOS: open System for TRAcTOrs’ autonomouS Operations, durata 24 mesi

• Industria 2015: Progetto per la generazione di energia dalla lavorazione dell’Alluminio: IMAMOTER Cost 360k euro durata 36 mesi

• Regione Piemonte: DCU_NET progetto di macchina semi-autonoma per la produzione di legno cippato tracciato; IMAMOTER cost 125k euro, durata 24 mesi

• Regione Piemonte: Progetto Wood per la creazione di Stazioni di tracciatura del legno cippato e del Pellet completamente informatizzate; IMAMOTER cost 120k euro, durata 24 mesi


14/12/2010 – CNR Parma 14

Controlli e simulatori di mezzi mobili e loro sottosistemi: Il Futuro

La visione delle macchine operatrici e agricole del futuro presenta cluster di veicoli autonomi cooperativi ed efficienti, il cui programma di lavoro è aggiornato in tempo reale sulla base di informazioni che provengono da sistemi diversi di acquisizione delle informazioni dall’ambiente.


14/12/2010 – CNR Parma 15

Controlli e simulatori di mezzi mobili e loro sottosistemi: Il Futuro

InfraredWLAN

or Bluetooth

Internet

Switch

Switch

Switch

Switch

Bridge

ISO11783

ISO11783

Bridge

WLAN

WLAN orBluetooth

DocumentationConfigurationFirewall

Art03178/3

Gestione delle Farm come delle vere e proprie aziende informatizzate e integrate con tutte le fasi del lavoro sia coinvolgano terreni o animali. Gestione completamente controllata del ciclo di prodotto per tracciabilità e qualità attraverso la sensorizzazione e le reti.


14/12/2010 – CNR Parma 16

Prototipi e tecniche di lavoro meccanizzato: Le Competenze

• Progettazione e analisi vibrazionale su macchine agricole rivolte in particolare alla cabina e all’operatore

• Prove di compliance alle normative OCSE• Progettazione di sistemi integrati per la realizzazione di impianti per

la produzione di biogas da reflui animali

Responsabile: Roberto Deboli


14/12/2010 – CNR Parma 17

Prototipi e tecniche di lavoro meccanizzato: I Progetti

Robot per serre: capace di lavorazioni autonome sulla base di informazioni visive acquisite da telecamera sulla testa della macchina


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Prototipi e tecniche di lavoro meccanizzato: Il Futuro

• Progetto e realizzazionedi macchine agricoleautonome, robotizzate ecooperative, adintelligenza distribuita, ingrado di gestire inautonomia interesessioni di trattamenti inbase ad analisi su piantee terreno sia in ambienteaperto che in serre.


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Conversione intelligente dell’energia negli azionamenti elettrici e nella generazione elettrica da fonti rinnovabili:

Le Competenze

• Progetto di macchine e azionamenti elettrici• Generazione e controllo della energia da fonti rinnovabili• Progetto di elettronica embedded e di strategie di controllo

dedicate alla gestione di sistemi elettronici di potenza• Studio e applicazione dei principi progettuali della

compatibilità elettromagnetica• Progetto di Filtri ad-hoc per la riduzione delle interferenze

EMIResponsabile: Gianpaolo Vitale

Relatore

Note di presentazione

Competenze Macchine Elettriche Azionamenti Elettrici Elettronica di Potenza Sorgenti rinnovabili Controlli Automatici Sensori ed Attuatori Compatibilità Elettromagnetica Strumentale Elaborazione numerica dei segnali Intelligenza artificiale Programmazione microcontrollori (DSP,…etc) Metodi numerici per il calcolo dei campi elettromagnetici Power Quality Ambiti di indagine - Fabbrica automatica (manifatturiero) - Trazione ferroviaria e su gomma - Automotive - Generazione distribuita Tematiche scientifiche Azionamenti elettrici intelligenti Power Electronics Power quality Renewable sources


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I Progetti• Progetto di Controlli Intelligenti MPPT per sistemi fotovoltaici• Progetto di azionamenti elettrici intelligenti ad elevate

prestazioni dinamiche (FOC = Field Oriented Control e DTC = Direct Torque Control ) e sensorless basati su stimatori della velocità di rotazione dei motori.

• Caratterizzazione di nuovi sensori per la individuazione di scariche parziali

Relatore


AZIONAMENTI ELETTRICI INTELLIGENTI Si sono sviluppati e costruiti azionamenti elettrici con motore asincrono: Ad elevate prestazioni dinamiche (FOC = Field Oriented Control e DTC = Direct Torque Control con minimizzazione delle emissioni di modo comune) Sensorless intelligenti: non utilizzano sensore di velocità/posizione ma stimatori di velocità basati su reti neurali lineari innovative con conseguente riduzione del costo e aumento dell’affidabilità. Dotati di stimatori in linea dei parametri della macchina elettrica basati su reti neurali lineari innovative. Modellazione di macchine elettriche con metodologie FEM Modellazione in HF di azionamenti per lo studio della generazione e propagazione dei disturbi condotti AFFIDABILITA’ DEGLI AZIONAMENTI ELETTRICI Tecniche di controllo DTC per la minimizzazione delle emissioni di modo comune -Tecniche di filtraggio attivo dei disturbi di modo comune in azionamenti elettrici Filtri attivi di potenza APF per reti elettriche monofase e trifase COMPATIBILITA’ ELETTROMAGNETICA Scariche parziali: caratterizzazione di nuovi sensori per l’individuazione di scariche parziali su materiali isolanti utilizzati nelle macchine elettriche Power Line Communication: progettazione e realizzazione di un nuovo sistema di comunicazione dati in banda CENELEC, elettromagneticamente compatibile, che sfrutta come mezzo la rete di media tensione.


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I Nuovi progetti• Progetto e realizzazione di filtri

attivi per la soppressione della corrente di modo comune nei cuscinetti dei motori asincroni al fine di aumentarne la affidabilità


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I Nuovi progetti

• Messa a punto di un azionamento a motore lineare con controllo vettoriale di velocità e posizione


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Il Futuro

• Progetto di azionamenti elettrici intelligenti dotati di tecniche di auto-tuning e di controlli sensorless

• Tecniche per il miglioramento della affidabilità degli azionamenti elettrici (Filtri EMI e di Potenza innovativi)

• Generazione Elettrica da Fonti Rinnovabili– Sviluppo di tecniche di controllo innovative per generatori eolici– Sviluppo di tecniche MPPT (Maximum Power Point Tracking)

innovative per il massimo sfruttamento delle energie prodotte da fonti rinnovabili (eolico e fotovoltaico)

Relatore


Prospettive future: Azionamenti Elettrici Intelligenti - Sviluppo di nuove tecniche di controllo sensorless per azionamenti elettrici con motore asincrono ad elevate prestazioni dinamiche che sfruttano le salienze della macchina, con particolare riferimento a quelle dovuto al flusso magnetico fondamentale e agli effetti di cava di rotore, per velocità bassissime o nulle. -Sviluppo di nuove tecniche di controllo sensorless per azionamenti elettrici con motore sincrono a magneti permanenti ad elevate prestazioni dinamiche che sfruttano le salienze della macchina per velocità bassissime o nulle. Sviluppo di nuove tecniche di controllo sensorless per azionamenti elettrici con motore sincrono a magneti permanenti ad elevate prestazioni dinamiche basate su osservatori intelligenti. Sviluppo di tecniche di controllo per azionamenti elettrici con motore lineare asincrono. Sviluppo di tecniche intelligenti di identificazione parametrica per modelli in alta frequenza di azionamenti elettrici. Affidabilità degli Azionamenti Elettrici Sviluppo di filtri attivi EMI innovativi per applicazioni in ambito industriale e automotive. Sviluppo di filtri attivi di potenza innovativi per la compensazione di carichi nonlineari nella rete elettrica di potenza. Generazione Elettrica da Sorgenti Rinnovabili: Sviluppo di tecniche di controllo innovative di generatori eolici con macchina asincrona e sincrona a magneti permanenti basati su convertitori back-to-back. Sviluppo di tecniche di Maximum Power Point Tracking (MPPT) innovative per lo sfruttamento ottimale dell’energia producibile da sorgenti eoliche e fotovoltaiche.


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Conversione intelligente dell’energia negli azionamenti elettrici e nella generazione elettrica da fonti

rinnovabili: Il Futuro

• Sviluppo di sistemi innovativi di controllo non lineari per reti neurali di celle a combustibile

• Sviluppo di sistemi in grado di sfruttare energia generata contemporaneamente da più sorgenti di energia rinnovabile

• Sviluppo di sistemi a basso impatto EMI e di sistemi di comunicazione su Powerline dedicati al monitoraggio e alla diagnostica di reti di gestione della energia elettrica.

Relatore


Generazione Elettrica da Sorgenti Rinnovabili: Sviluppo di tecniche di controllo innovative di impianti fotovoltaici con convertitori DC-DC boost e inverter. Sviluppo di tecniche di controllo innovative di sistemi celle a combustibile per il controllo ottimale della fornitura d’ossigeno. Sviluppo di nuovi emulatori di sorgenti RES basati su convertitori di potenza controllati. Sviluppo di convertitori multi-ingresso per l’utilizzo sinergico di più sorgenti rinnovabili. Sviluppo di tecniche statistiche di analisi e gestione di dati meteo-climatici per la previsione dell’energia producibile da sorgenti RES (Renewable Energy Sources) e per la pianificazione energetica. Compatibilità elettromagnetica: Studio della compatibilità elettromagnetica di nuovi moduli integrati di dispositivi IGBT di elevata potenza per applicazioni auto motive e fotovoltaiche (Aziende costruttrici di moduli IGBT di elevata potenza). Progettazione e realizzazione di nuovi sistemi di comunicazione dati in banda CENELEC, elettromagneticamente compatibili, per la gestione e il monitoraggio delle reti di distribuzione elettrica (Aziende del settore delle comunicazioni e dell’energia elettrica) Caratterizzazione di nuovi sensori elettromagnetici per l’individuazione di scariche parziali su materiali isolanti utilizzati nei cavi per il trasporto dell’energia elettrica e nelle macchine elettriche (Aziende del settore dell’energia elettrica e costruttori e manutentori di macchine elettriche). Caratterizzazione dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica di nuovi convertitori elettronici di potenza per impianti domestici di produzione di energia elettrica tramite generatori eolici tangenziali. (Aziende costruttrici di impianti microeolici).


14/12/2010 – CNR Parma 25

Sistemi Sensoriali per il Controllo di Qualità e Diagnostica: Le Competenze

• Tecniche di pre-processing e analisi di sensori di visione tradizionali (telecamere), laser e combinati per il riconoscimento di oggetti e per la ricostruzione di aree e ambienti, in particolare rivolto alla analisi di qualità di linee produttive e di infrastrutture di trasporto (ferrovie e strade).

• Tecniche di analisi a reti neurali implementate sia software che hardware su FPGA o su schede grafiche

Responsabile: Ettore Stella


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Sistemi Sensoriali per il Controllo di Qualità e Diagnostica: I Progetti

• Sistema di ricostruzione di linee ferroviarie mediante sonda combinata laser/telecamere tradizionali e specchi

Relatore


Precisione 1 cm a 5 metri a 200 km/h su ferrovie Precisione 2 cm a 10 metri su strade


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Tecniche di analisi applicabili anche in altri ambiti: ambito della ricerca genetica medica, analisi di immagini da microarray derivanti da mappe genetiche. Le tecniche di visione sono applicate per la analisi di mappe geniche di pazienti sani da correlare con mappe di pazienti malati.


14/12/2010 – CNR Parma 29

Sistemi Sensoriali per il Controllo di Qualità e Diagnostica: Il Futuro

• Veicoli robotici autonomi per l’ispezione e la ricostruzione 3D di pipeline e gasdotti,

• Veicoli autonomi sia su rotaia che stradali per il trasporto di persone in aree speciali, in particolare urbane con riconoscimento di ambiente, ostacoli, localizzazione ecc…

• Sistemi di analisi qualità delle ferrovie con target correlati alle prestazioni dei treni ad Alta Velocità 300 km/h e precisione di 1 mm nella ricostruzione 3D


14/12/2010 – CNR Parma 30

Sistemi robotici autonomi e controllo: Le Competenze

Responsabile: Massimo Caccia

Robotica marinaUnmanned Marine Vehicles (ROV e USV)Manipolazione subacqueaControllo cooperativo di robot mobiliRobotica di ispezione in ambiente marittimo

SLAM e mosaicingSistemi in real-time per veicoli subacquei basati su visione monoculare

Robotica industrialePiattaforme embedded real-time basate su hardware commerciale e free software

Relatore


Robotica marina e automazione industriale Sistemi di navigazione, guida e controllo Sistemi di pianificazione e supervisione di missione Piattaforme robotiche mobili cooperanti (robot team) Stima del moto tramite visione ottica (sviluppo di strumenti) e acustica Simultaneous Localisation And Mapping (video + acustica) Sviluppo di prototipi di veicoli marini senza equipaggio (subacquei e di superficie) Piattaforme embedded real-time basate su free software Automazione navale e siderurgica


14/12/2010 – CNR Parma 31

Sistemi robotici autonomi e controllo: Le Competenze

Roby ROV(1993-'97)

ALANIS USV(2008-today)

Romeo ROV(1997-today)

Charlie USV(2003-today)

Unmanned Marine Vehicles per il monitoraggio, la sorveglianza di ambienti remoti, costieri e portuali


14/12/2010 – CNR Parma 32

Sistemi robotici autonomi e controllo: I Progetti MINOAS (2009-2012)

Marine INspection rObotic AssistantSystem EC FP7 SCP8-GA-2009-233715 (Coordinatore: RINA)

CURE (2009-2012) Developing the Croatian Underwater robotics Research potential

(Coordinatore: Università di Zagabria)

Sistemi Intelligenti Integrati tecnologie (2010-2012) Progetto automazione


14/12/2010 – CNR Parma 33

Programma Nazionale di Ricerche in Antartide 2001-'02: e-Robot1 2003-'04: Antarctic Benthic Shuttle 2003-'04: SESAMO

Regione Liguria - PRAI-FESR 2005-'07: Sistema di anti-intrusione costiera

e portuale sottomarino Parco Scientifico e Tecnologico della Liguria

2007-'08: Unmanned Marine Vehicle

Sistemi robotici autonomi e controllo: I Progetti (chiusi)


14/12/2010 – CNR Parma 34

Sistemi robotici autonomi e controllo: I Progetti (approvati ed in via di approvazione)

Regione Liguria – Finanziamenti RTD per PMIGreen Project Srl

Sistema di lettura automatico di prodotti grezzi in ambiente siderurgicoHeron Robots Srl

Sistemi innovativi di percezione e controllo per manipolatori in ambienti non strutturati

Sistemi Digitali SrlMetodologie di ottimizzazione delle fonti energetiche di bordo per imbarcazioni di piccole e medie dimensioni

Posidonia SrlSistema di navigazione, guida e controllo remoto di un Rescue Torpedo


14/12/2010 – CNR Parma 35

Sistemi robotici autonomi e controllo: I Progetti (presentati)

PON 2010NOSTRUM: USV costiero con ISMARAVATAR: ROV per monitoraggio di siti archeologici

PRINSistemi cooperativi auto-organizzanti per manipolazione sottomarina

FP7 Research for SMECooperative Autonomous Robotic Towing system

FP7 Eco-innovationRestoration of sea oxygen with the use of an in-situ eco pump

Distretto Ligure delle Tecnologie MarinePERMARE: Veicolo autonomo di superficie per monitoraggio persistentedell'ambiente marino

Distretto Sistemi Intelligenti Integrati TecnologieMAREA – Monitoring And REscue Automation

Polo di Innovazione Regione LiguriaSOSIA – Automazione Intelligente


14/12/2010 – CNR Parma 36

Sistemi robotici autonomi e controllo: I Progetti (in via di presentazione)

FP7 ICTIntegrated Project MORPH – Multiple self-organising cooperative vehicles

FP7 PeopleITN COMARSINet – Cooperative marine robotics


14/12/2010 – CNR Parma 37

Sistemi robotici autonomi e controllo: Il Futuro

network of heterogeneousfixed/mobile, manned/unmannedaerial, ground and marine platforms

Autonomous OceanSampling Network

FORCEnet

Maritime SituationAwareness

Barents 2020vision


14/12/2010 – CNR Parma 38

Macchine, robot e servizi innovativi customer oriented: Le Competenze

• Concezione, ottimizzazione cineto-statica e progetto e di PKMs (Parallel Kinematic Machines)

• Metodologie per l’interazione sicura tra robot e tra robot ed operatore in ambienti non strutturati

• Progetto e realizzazione di strumenti e sensori per la percezione autonoma dell’ambiente: Stereo Vision Integration; 3D Laser Scanner

Responsabile: Lorenzo Molinari Tosatti

Relatore


MGD = Manual Guidance Device PKM = Parallel Kinematic Machine Usati anche dal gruppo di Irene Fassi per le micro stazioni di lavorazione Laser per ricostruzione 3D oggetti (laser scanner 3D come quelli usati per la guida autonoma?)


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• Dispositivi e metodologie per la programmazione intuitiva

• Architetture innovative di controllo real time a eventi concorrenti, basate su PC e software OS:– definizione e realizzazione di architetture software di controllo

modulari e aperte– progetto e realizzazione di strategie di controllo di robot:

algoritmi di forza/impedenza e algoritmi di “collisionavoidance/trajectory Re-plan”.

Relatore


MGD = Manual Guidance Device PKM = Parallel Kinematic Machine Usati anche dal gruppo di Irene Fassi per le micro stazioni di lavorazione Laser per ricostruzione 3D oggetti (laser scanner 3D come quelli usati per la guida autonoma?)


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14/12/2010 – CNR Parma 41

Macchine, robot e servizi innovativi customer oriented: I Progetti

• FP7 ACTIVE “Active Constraints Technologies for Ill-defined or Volatile Environments” project size K€ 7.750 – Itia costs K€ 1.150 inizierà ad Aprile 2011 e durerà 48 mesi

• FP7 Echord-EasyPro “Accurate Manual Guided robot programming” project size K€414 – Itia costs K€ 134 inizierà a marzo 2011 e durerà 18 mesi

• FP7 Trans-IND “New Industrialized Construction Process for transport infrastructuresbased on polymer composite components” project size K€ 9.766 – Itia costs K€ 375 iniziato a giugno 2009 e della durata di 48 mesi

• FP7 ROBOFOOT “Smart robotics for high added value footwear industry” project sizeK€ 3.685 – Itia costs K€ 565 iniziato a settembre 2010 e della durata di 30 mesi

• FP7 DEMAT “Dematerialised Manufacturing Systems: A new way to design, build, useand sell European Machine Tools (DEMAT)” project size K€ 4.700 – Itia costs K€ 520 iniziato a luglio 2010 e della durata di 36 mesi

• Lombardia Region projects for International Scientific and TechnologicalCooperation: HYFLEXAIS “Hyperflexible and Autonomous Industrial robots” project size K€ 460 – Itia costs K€ 460 è iniziato a luglio 2010 e dura 18 mesi


14/12/2010 – CNR Parma 42

Macchine, robot e servizi innovativi customer oriented: I Progetti

Robot-Environment Interaction(controllo della forza scambiata)

Safe Physical Human-Robot Interaction

Robot Systems for Medical Applications

3D - Vision


14/12/2010 – CNR Parma 43

Macchine, robot e servizi innovativi customer oriented : Il Futuro

Relatore


Sviluppo di nuove generazioni di Robot sia industriali che a asserviti ad altre attività umane (ad esempio riabilitazione) I robot devono essere in grado di: Risolvere autonomamente situazioni in cui si presentino condizioni di mancanza di informazioni sia di tipo ambientale che di incertezza nella esecuzione della missione assegnata cooperare (robot-robot e robot-essere umano) in modo sicuro, intelligente e autonomamente Gestire condizioni in cui si presentino condizioni non previste al momento della progettazione e realizzazione del robot, quindi presentino caratteristiche di robustezza, affidabilità funzionale e flessibilità. Capaci di autoapprendimento. I robot cresceranno in modo più o meno uniforme per utilizzi nei più disparati campi di applicazione.


14/12/2010 – CNR Parma 44

Macchine, robot e servizi innovativi customer oriented : Il Futuro


14/12/2010 – CNR Parma 45

Soluzioni innovative per la meccanica strumentale: Le Competenze

• Analisi, studio e progettazione di sistemi, sottosistemi, componenti e processi integrabili in contesti meccatronici, in particolare nei settori delle macchine per:– Le lavorazioni meccaniche– La lavorazione dei metalli– La lavorazione del legno– La lavorazione di materiali lapidei– La lavorazione orafa– Campo impiantistico industriale

• Attività di sviluppo, progettazione, simulazione, prototipazione, studio dei materiali e normativa

sfasata

Responsabile: Luigi Covelli

Relatore


Progettazione: Termica e fluidodinamica Meccanica e strutturale Elettromagnetica


14/12/2010 – CNR Parma 46

Soluzioni innovative per la meccanica strumentale: I Progetti• Studio, progetto e realizzazione di

prototipi per l’analisi del sostentamento pneumo\idrostatico in presenza di elevate velocità e potenze (Progetto Eureka 1906 HiSSMa)

• Progettazione di ottiche per la modifica del profilo del fascio laser per operazioni di saldatura su catename orafo (Brevetto Europeo 01201845.3)

• Studio, sperimentazione e ottimizzazione del taglio di materiali lapidei


14/12/2010 – CNR Parma 47

Soluzioni innovative per la meccanica strumentale: Il Futuro

• Integrazione di impianto con tecniche di controllo distribuito

• Utilizzo di sensori innovativi per incrementare la precisione e il controllo della qualità delle lavorazioni

• Implementare sistemi robotici per la gestione della intera lavorazione di un prodotto complesso anche di piccole dimensioni


14/12/2010 – CNR Parma 48

Nuove applicazioni di microsistemi in componentistica avanzata: Le Competenze

• Sviluppo di metodologie e tecniche robotizzate per il micro-assembly: micro-dispositivi di presa e manipolazione

Manipolatore Elettrostatico senza contatto

Manipolatore a forza di capillarità Responsabile: Irene Fassi


14/12/2010 – CNR Parma 49

Nuove applicazioni di microsistemi in componentistica avanzata: I Progetti

• Tecnologie di micro-manufacturing: micro-elettroerosione (EDM) e micro-iniezione, micro-manipolazione

• Sviluppo di mini e micro dispositivi robotizzati: micro attuatori EAP e micro PKM

Relatore


PKM Parallel Kinematic Machine EAP E????


14/12/2010 – CNR Parma 50

Micro injection moulding: la capacità di progetto e realizzazione del Laboratorio di micromeccanica ITIA



14/12/2010 – CNR Parma 51


Micro-Electrical DischargeMachining (EDM): la capacità progettuale e produttiva del Laboratorio ITIA

Relatore


Electrical Discharge Machining (EDM)


14/12/2010 – CNR Parma 52

Nuove applicazioni di microsistemi in componentistica avanzata: Il Futuro

Different materials 3-D structures

• Sviluppo e prototipazione di micro-prodotti ibridi e dispositivi robotizzati

• Desktop Factory

Relatore


Ibrido: prodotto composto da piu’ componenti, ciascuno dei quali può essere realizzato con tecniche produttive e materiali diversi, a seconda della funzione e successivamente assemblati


14/12/2010 – CNR Parma 53

Gli Obbiettivi del Progetto

• Veicoli e macchine autonome cooperative robotizzate (marine, terrestri, aeree)

• Nuovi componenti Smart e fully integrated e micro-componenti meccatronici,

• nuovi sensori realizzati con nuove tecnologie e materiali• Miniaturizzazione di componenti• Energy harvesting, sistemi a bassa dissipazione energetica,

gestione efficiente della energia, componenti e sistemi a basse emissioni

• Elevati standard di sicurezza attiva e passiva per l’ambiente , l’essere umano e le macchine stesse

• Sostenibilità ambientale e sociale


14/12/2010 – CNR Parma 54

Obbiettivo primario a lungo termine del progetto

Tecnologia abilitanteDefinizione di una nuova generazione di cluster dimacchine eterogenee autonome cooperative modularirobotiche e riconfigurabili in grado di svolgere compitidi tipo Plug & Operate che non sono noti al momentodella progettazione e costruzione delle macchine.


14/12/2010 – CNR Parma 55

Prime ricadute progettuali

• Definizione di una nuova generazione di cluster di macchine autonomecooperative modulari riconfigurabili per la gestione delle emergenzeambientali.

• Ideare macchine trasportabili, riconfigurabili e in grado di operareautonomamente sia per esplorazione che per il ripristino e la messa insicurezza di aree colpite da eventi catastrofici.

• Ideare network di robot autonomi semoventi dotati di sistemi dicomunicazione a lungo e corto raggio per il monitoraggio di aree a rischiodi disastro ambientale (argini, dighe, frane, aree in prossimità di impiantipotenzialmente dannosi per l’ambiente e monitoraggio di fall-out dimateriali inquinanti, aree fluviali, marine e sottomarine, mini-macchineper esplorazione di miniere ed edifici crollati).

• Linee robotiche modulari riconfigurabili per la produzione• Macchine riconfigurabili in grado di adattare il comportamento e il profilo

di missione in modo autonomo in base alle caratteristiche dell’ambienteper l’assistenza di persone diversamente abili.


14/12/2010 – CNR Parma 56

Specializzazioni nei diversi ambiti di applicazione

• Linee robotiche modulari e riconfigurabili di tipo Plug & Produce• Macchine operatrici modulari trasportabili riconfigurabili per

operazioni rescue o utilizzo in ambienti remoti o ostili• Macchine di esplorazione e rover spaziali• Cluster di veicoli militari• Cluster di micro-macchine in grado di operare in ambienti ostili o di

difficile accesso• Cluster di micro-macchine in grado di operare, lavorare, eseguire

diagnostica e riparazione sia con scopi primari autonomi sia asservite ad altri cluster di macchine (macro-macchine)

• Wireless micro-robot networks alimentate a energie rinnovabili in grado di esplorare ambienti

• Macchine e rover marini e sottomarini• Cluster di macchine per la gestione e il monitoraggio del territorio• Cluster di macchine riconfigurabili per la gestione delle farm.


14/12/2010 – CNR Parma 57

Le ricadute nello sviluppo del paese

• Gestione delle emergenze• Applicazioni militari• Applicazioni civili e di opere di lavoro pubblico• Tecnologie abilitanti per la ideazione di macchine autonome

operanti in sicurezza totale• Alleggerimento del lavoro umano• Riduzione dei costi di gestione del parco macchine (se sono

riconfigurabili realizzano più compiti)• Gestione delle diverse capacità produttive mediante il

ridimensionamento del cluster• Chirurgia mini-invasiva• Rieducazione e riabilitazione• Assistenza


14/12/2010 – CNR Parma 58

Le tematiche in relazione alle commesse

• Macchine autonome e robotizzate (ISSIA, ITIA Molinari Tosatti, IMAMOTER)• Macchine agricole e movimento terra e applicazioni militari (IMAMOTER, ISSIA)• Veicoli marini di superficie e di profondità (ISSIA)• Macchine autonome in grado di comprendere l’ambiente: sensoristica e

inferenza sulle informazioni acquisite dai sensori (ISSIA Stella)• Gestione integrata di macchina e recupero energie da fonti rinnovabili,

conversione e gestione ottimale della energia (ISSIA Serporta, motori e generatori)

• Design for reliability (ISSIA, ITIA, IMAMOTER)• Ridefinizione dimensione macchine: micro-macchine (ITIA Fassi)• Macchine e cluster cooperativi per l’esplorazione marina e sottomarina (UAV,

USV ecc) (ISSIA, Caccia).• Nuovi sensori basati su componenti ceramici porosi, attuatori piezoceramici e

piezoelettrici e nuovi dispositivi per energy harvesting basati su sistemi piezoceramici (ISTEC, Carmen Galassi)


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Possibile Inter-relazione con altri Dipartimenti• DET

– trasporti in aree strutturate e non– trasporti e mobilità persone diversamente abili– Gestione ottimale della energia e veicoli ibridi e recupero energetico

• DICT– Automazione e robotica – Comunicazione e reti– Calcolo real time ad elevate prestazioni

• DMD– Materiali innovativi per la costruzione delle macchine

• ISTC– Parte cognitiva del comportamento dei robot e le interfacce e l’ambiente– Interfaccia uomo/macchina– Planning e scheduling per il controllo di sistemi fisici complessi– Intelligenza Artificiale


14/12/2010 – CNR Parma 60

Attività in essere relative all’obbiettivo primario del progetto

Data la mancanza, a oggi, di una committenza industriale specifica sul progetto o di una committenza istituzionale, le attività poste in essere sono relative a progetti auto-finanziati dagli istituti o già pianificate ma che risultano funzionali all’obbiettivo primario.

Sono state attivati alcuni progetti di ricerca e alcune collaborazioni con aziende, sono stati inoltre siglati degli accordi quadro con aziende spin-off o ad elevato contenuto tecnologico che presentano caratteristiche o prodotti funzionali al progetto.


14/12/2010 – CNR Parma 61

Cluster di veicoli autonomi collaborativi: omogenei

Automatic collaborative field treatment without overlap or lack in the field areas

Machine statusDirectionSpeedGPS positionWork area dimension


14/12/2010 – CNR Parma 62

Cluster di veicoli autonomi collaborativi: eterogenei

12

8

Quasi ISOCHRONOUS WI-FI con safety controls e explicit acknowledge. Esempio: 10 data stream con 500 byte payload @ 10 ms + FTP con unlimited throughput

PRIMA

DOPO


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Attuatori Piezoceramici e Piezoelettrici

Stack Force x Displacement:

• 50 N x 1 mm• 120 N x 0,4 mm


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Sensori e Energy HarvestingStack Force x Displacement: • Energy Harvester Piezoceramico da 4 mW @ 150 V• Sensore Piezoceramico con sensibilità oltre il kHz


14/12/2010 – CNR Parma 65

Integrazione delle informazioni: UAVAnteos

•Tasks managed by manned aircrafts, but at definitely lower costs: surveillance, environmental protection, disaster management, port security, etc...•Tasks managed by remotely piloted model aircrafts, but in a more precise and safer way: scientific remote sensing, terrain mapping, etc...•Tasks not yet performed by existing platforms: structural inspections, pollution detection, agricultural survey, etc...

Class 0Healthy site

Class 2Stressed oaks

Q1 Q2


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Possibili analisi grazie al monitoraggio con UAV

Dark Area, about 3°C cooler water, may be caused by:

Fresh water source Illegal dumping

Thermal Image

Visible Image


14/12/2010 – CNR Parma 67

Augmented RealityLa realtà aumentata(augmented reality, abbreviato AR) è la sovrapposizione di livelli informativi (elementi virtuali e multimediali, dati geolocalizzatietc) ad un flusso video che riprende la realtà di tutti i giorni. Primo utilizzo: aeronautica con gli Head-Up Display (H.U.D.)


14/12/2010 – CNR Parma 68

Augmented Reality

Punto di arrivo: visione diretta con realtà aumentata e procedure guidate per lavoro, configurazione, installazione, manutenzione e riparazione dei veicoli, delle macchine e delle linee.


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Dottorati attivati sul Progetto

Attivazione di 3 dottorati presso Università di Ferrara tutti grazie alla possibilità di accedere ai posti extranumerari per titolaridi assegni di ricerca:

• Dottorato su WSN e Energy Harvesting per sensori e mini-macchine

• Dottorato su sistemi di controllo distribuito per macchineagricole e operatrici

• Dottorato su sistemi Wireless a bassa latenza per lavorosincronizzato delle macchine.


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Le Strutture e I Laboratori

SARIX SX-200

Zeiss Discovery V20DESMA-formicaPlast 1k Injection Unit

micro-EDM: DRILLING, MILLINGmicro-injection MOLDING


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Azionamenti Elettrici ed Elettronica di Potenza

Generazione Distribuita e Power Quality


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14/12/2010 – CNR Parma 73



14/12/2010 – CNR Parma 74


150 t (H) and 300 t (V)

650 m3 or 800 m3

27 ha


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Il Gruppo, i Progetti e le Aziende

• Il gruppo ha competenze diverse nell’ambito della robotica non strutturata e nelle applicazioni in campo navale, agricolo, delle macchine operatrici, della sensoristica e dei controlli

• la presenza di tematiche comuni permette la realizzazione di progetti di interesse con un apporto di competenze difficilmente riproducibile in strutture diverse dal Consiglio Nazionale delle Ricerche

• La forte spinta all’innovazione è testimoniata dagli investimenti nei laboratori

• Il gruppo presentato ha le dimensioni e la presenza territoriale per gestire commesse industriali di grandi dimensioni e progetti finanziati PON ed Europei

Relatore


Possiamo offrire nuove tecnologie per nuovi prodotti e nuove opportunità.


14/12/2010 – CNR Parma 77

Grazie per la cortese attenzione

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