ETD

• controllo PID
• hand perception
• haptic interaction
• haptic interface
• identificazione dell'impedenza
• impedance identification
• interazione tattile
• interfaccia tattile
• JND
• oggetti virtuali
• percezione della mano
• PID control
• psicofisica
• psychophysics
• riabilitazione robotica
• robotic rehabilitation
• upper limb assessment
• valutazione dell'arto superiore
• virtual objects

This thesis addresses the development and validation of a haptic robotic platform for the evaluation of grasping and lifting capabilities of the upper limb. With respect to the grasping module, the goal of this work was implementing control strategies capable to simulate virtual objects with different mechanical properties and dimensions. The platform employs a DC motor (Maxon), piloted by a microcontroller (Arduino DUE) through a servo-controller (ESCON), integrated with an encoder and force sensors (FSR) to monitor user interaction. After an initial calibration phase, a position control based on a PID controller was implemented to control the opening of the end-effector and simulate objects of different sizes. Subsequently, the internal mechanical impedance of the platform was identified by applying a chirp signal, and the dynamic parameters of the system were estimated, allowing for the compensation of the device’s dynamic effects and the simulation of fragile objects. Finally, a psychophysical experiment was designed, based on a two-alternative forced-choice paradigm and the Stochastic Approximation Staircase adaptive algorithm, to estimate the perceptual discrimination threshold for object size.

La tesi affronta lo sviluppo e la validazione del sistema di controllo per una piattaforma robotica aptica per la valutazione della capacità presa e sollevamento dell’arto superiore. In riferimento al modulo di valutazione della presa, l’obiettivo di questo lavoro è stata l’implementazione di strategie di controllo in grado di simulare oggetti virtuali con diverse proprietà meccaniche e dimensioni. La piattaforma utilizza un motore DC (Maxon) pilotato da un microcontrollore (Arduino DUE) tramite un servo–controller (ESCON), il tutto integrato con un encoder e sensori di forza (FSR) per il monitoraggio dell’interazione con l’utente. Dopo una fase iniziale di calibrazione, è stato implementato un controllo in posizione basato su regolatore PID per comandare l’apertura dell’end-effector e simulare oggetti di diversa dimensione. Successivamente è stata eseguita l’identificazione dell’impedenza meccanica interna della piattaforma mediante l’applicazione di un segnale chirp e la stima dei parametri dinamici del sistema, consentendo di compensare gli effetti dinamici del dispositivo e simulare oggetti fragili. Infine, è stato progettato un esperimento psicofisico, basato su un paradigma a scelta forzata a due alternative e l’algoritmo adattivo Stochastic Approximation Staircase, per stimare la soglia di discriminazione percettiva della dimensione degli oggetti.