Corso di Elettronica per Robot Umanoidi

Lezione 1 • Lettura degli Schemi Elettrici e Standard

Insegna i simboli schematici, i designatori di riferimento e le convenzioni degli schemi di cablaggio utilizzati in robotica. Consente un'interpretazione accurata della documentazione del produttore.

Lezione 2 • Strumenti di Misura di Base e Apparecchiature di Prova

Introduce multimetri, oscilloscopi e analizzatori logici per la diagnostica dell'elettronica dei robot. Collega le competenze di misura alla ricerca dei guasti nei capitoli successivi.

Lezione 3 • Ripasso dei Fondamenti Elettrici

Tratta i rapporti tra tensione, corrente, resistenza e potenza essenziali per l'elettronica dei robot. Stabilisce la base quantitativa utilizzata durante tutto il corso.

Lezione 4 • Panoramica dell'Architettura del Robot Umanoide

Mappa i principali sottosistemi elettronici di un robot umanoide e le loro interdipendenze. Fornisce il contesto per ogni successivo argomento tecnico.

Lezione 1 • Architettura della Distribuzione di Potenza

Progetta reti di distribuzione multi-rail con fusibili, circuiti OR-ing e controllo hot-swap. Assicura che ogni sottosistema riceva potenza pulita e protetta.

Lezione 2 • Tecnologie e Selezione delle Batterie

Confronta le chimiche agli ioni di litio, ai polimeri di litio e allo stato solido per applicazioni umanoidi. Guida la selezione di capacità e tasso di scarica in base all'analisi del carico.

Lezione 3 • Conversione e Regolazione DC-DC

Tratta le topologie di convertitori buck, boost e buck-boost utilizzate per fornire rail regolati. Si calcolano i valori dei componenti e si valutano i compromessi di efficienza.

Lezione 4 • Sistemi di Gestione della Batteria

Spiega il bilanciamento delle celle, la stima dello stato di carica e i circuiti di protezione nella progettazione del BMS. Supporta direttamente il funzionamento sicuro e di lunga durata della batteria nel robot.

Lezione 1 • Elettronica di Controllo ad Orientamento di Campo

Tratta il rilevamento di corrente, le trasformate di Clarke-Park e la generazione PWM per il FOC di motori BLDC. Collega la progettazione hardware alle prestazioni del controllo di coppia ad anello chiuso.

Lezione 2 • Circuiti a Ponte H e Driver di Gate

Spiega la topologia a ponte H, i driver di gate bootstrap e il controllo del tempo morto per i pilotaggi motore. Si progettano circuiti di commutazione sicuri che evitano guasti da shoot-through.

Lezione 3 • Tipi di Motori nei Robot Umanoidi

Esamina le tecnologie dei motori a corrente continua a spazzole, brushless, passo-passo e ad attuatori elastici in serie. Stabilisce i criteri di selezione che collegano il tipo di motore ai requisiti del giunto.

Lezione 4 • Interfacce e Protocolli per Servoazionamenti

Esamina le interfacce RS-485, CAN ed EtherCAT utilizzate per comandare moduli servo intelligenti. Consente l'integrazione di servoazionamenti commerciali nelle reti di giunti del robot.

Lezione 1 • Tecnologie dei Sensori Propriocettivi

Tratta encoder, IMU, sensori di coppia e polsi forza-coppia utilizzati per la stima dello stato del corpo. Stabilisce il livello di sensori che alimenta gli algoritmi di controllo del movimento.

Lezione 2 • Interfacce dei Sensori Estero-cettivi

Affronta telecamere, LiDAR, sensori di profondità e array microfonici per la percezione ambientale. Si cablano e configurano ciascun tipo di sensore su una scheda di elaborazione.

Lezione 3 • Condizionamento del Segnale Analogico

Progetta circuiti amplificatori, di filtro e di riferimento che preparano le uscite del sensore analogico per la conversione ADC. Riduce direttamente gli errori di rumore e offset nei dati del sensore.

Lezione 4 • Conversione Analogico-Digitale

Spiega architetture, risoluzione, frequenza di campionamento e multiplazione d'ingresso degli ADC per i sensori del robot. Si abbinano le specifiche ADC ai requisiti di banda del sensore.

Lezione 1 • Bus di Comunicazione in Tempo Reale

Progetta reti CAN FD, EtherCAT e UART che collegano i nodi di calcolo alle schede attuatori e sensori. Garantisce una latenza deterministica attraverso la rete elettronica del robot.

Lezione 2 • Astrazione Hardware e Firmware di Avvio

Introduce bootloader, livelli di astrazione hardware e meccanismi di aggiornamento firmware per le schede di calcolo del robot. Collega la progettazione hardware ai compiti di integrazione software.

Lezione 3 • Selezione e Configurazione del Microcontrollore

Confronta i core ARM Cortex-M, RISC-V e DSP per compiti di controllo a livello di giunto. Si valutano la velocità di clock, le periferiche e la memoria rispetto ai requisiti del ciclo di controllo.

Lezione 4 • FPGA nei Cicli di Controllo del Robot

Spiega l'uso degli FPGA per la generazione PWM deterministica, il conteggio encoder e le periferiche personalizzate. Si implementano semplici blocchi logici e si collegano al processore principale.

Lezione 1 • Pianificazione della Stratificazione e dei Livelli del Circuito Stampato

Seleziona il numero di strati, i materiali dielettrici e i pesi del rame per schede a segnale misto per robot. Influisce direttamente sul controllo dell'impedenza e sulle prestazioni EMI.

Lezione 2 • Buone Pratiche per l'Acquisizione dello Schema Elettrico

Stabilisce l'organizzazione gerarchica dello schema, le librerie di simboli e la denominazione delle reti per schede robot complesse. Riduce gli errori prima che il layout abbia inizio.

Lezione 3 • Instradamento dei Segnali ad Alta Velocità

Applica l'adattamento di lunghezza, l'instradamento a coppia differenziale e la cucitura con via per segnali USB, Ethernet e MIPI. Previene i guasti di integrità del segnale nei collegamenti robotici ad alta velocità.

Lezione 4 • Progettazione per la Fabbricazione e il Collaudo

Tratta la pannellizzazione, il posizionamento dei fiducial, la strategia dei punti di test e la conformità alle regole DFM. Assicura che le schede siano producibili e collaudabili in volume.

Lezione 1 • Monitoraggio della Sicurezza e Circuiti Watchdog

Implementa watchdog hardware, supervisori di tensione e monitor di corrente che rilevano e rispondono ai guasti. Assicura che il robot entri in uno stato sicuro al rilevamento di un'anomalia.

Lezione 2 • Analisi dei Pericoli e Valutazione del Rischio

Introduce i metodi FMEA, FTA e HAZOP applicati ai sottosistemi elettronici del robot. Produce un registro dei rischi che guida le successive decisioni di progettazione della sicurezza.

Lezione 3 • Architetture di Circuito Ridondanti e Diversificate

Progetta circuiti a doppio canale, a logica di voto e a ridondanza diversificata per le funzioni critiche di sicurezza del robot. Dimostra come la ridondanza riduca la probabilità di guasto pericoloso.

Lezione 4 • Arresto di Emergenza e Safe Torque Off

Progetta catene di arresto di emergenza cablate e circuiti STO che interrompono la potenza dell'attuatore senza intervento software. Soddisfa il più critico requisito di sicurezza nella collaborazione uomo-robot.

Lezione 1 • Pianificazione e Sequenziamento dell'Integrazione

Sviluppa un piano di integrazione bottom-up che verifica ciascun sottosistema prima di combinarli. Riduce il rischio di guasti a cascata durante l'avvio dell'intero sistema.

Lezione 2 • Verifica Elettrica e Collaudo di Continuità

Applica test di continuità, resistenza di isolamento e hi-pot per verificare cablaggi e schede. Rileva i difetti di assemblaggio prima di alimentare l'intero robot.

Lezione 3 • Procedure di Avvio Funzionale

Guida il sequenziamento di accensione, il caricamento del firmware e la messa in servizio iniziale dell'attuatore per ciascun sottosistema. Costruisce la fiducia nella correttezza dell'hardware prima del collaudo del movimento.

Lezione 4 • Collaudo delle Prestazioni a Livello di Sistema

Esegue test di carico, test di ammollo termico e test di stress della comunicazione sul robot integrato. Valida che tutti i sottosistemi soddisfino insieme le loro specifiche prestazionali.