ETD

• actuators
• humanoid
• modular robots
• multi degree of freedom
• performance
• physical human-robot interaction
• robotics
• robots
• variable stiffness

Abstract
The technology of variable stiffness actuation has been recently proposed in robotics as possible solution to a wide set of problems concerning either industrial, service and entertainment robotics.
Development of these actuators is limited to a prototypical state and this prevents their diffusion, even at the level of research centers.
This work contributes to the electronic and software realization of CubeBot, a platform for the development of robots with variable stiffness actuators (VSA-Cube), conceived with low cost as its main goal.
The actuators constituting the platform are designed to behave like servo-motors thus control and communication electronics, firmware and software have been developed according to this concept.
In this thesis a protocol for the characterization of prototypes by means of appropriate experimental trials has been defined and implemented and a document has been compiled which collects their salient characteristics.
The final part of this work describes the construction of a robotic arm formed by 5 VSA-Cubes and the design and execution of an experiment to show how selective shaping of the joints mechanical stiffness enables the rejection of disturbances without resorting to closure of a high level control loop.

Sommario
La tecnologia dell'attuazione a rigidezza variabile è stata recentemente proposta come possibile soluzione a una ampia gamma di problemi legati alla robotica industriale, di servizio e di intrattenimento.
Lo sviluppo di questi attuatori è tuttora limitato ad uno stadio prototipale e ciò ostacola la loro diffusione, anche a livello dei centri di ricerca.
Questo lavoro contribuisce alla realizzazione elettronica e software di CubeBot, una piattaforma per lo sviluppo di robot con attuatori a rigidezza variabile (VSA-Cube), concepita col fine primario dell'abbattimento dei costi.
Gli attuatori che costituiscono la piattaforma sono stati progettati per funzionare come dei servo-motori e secondo questo concetto sono stati sviluppati: l'elettronica di controllo e di comunicazione, il firmware ed il software.
In questa tesi è stato definito ed implementato un protocollo per la caratterizzazione dei prototipi mediante opportune prove sperimentali ed è stato stilato un documento che ne raccoglie le caratteristiche salienti.
Parte finale di questo lavoro è stata la costruzione di un braccio formato da 5 VSA-Cube ed il progetto ed esecuzione di una prova sperimentale a dimostrazione di come la variazione selettiva della rigidezza meccanica dei giunti permetta di reiettare i disturbi senza ricorrere alla chiusura di un anello di controllo.