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Thesis etd-04182011-192035


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
MANCINI, MICHELE
URN
etd-04182011-192035
Thesis title
The CubeBot: Design, Characterization and Control of a Novel Actuator for Variable Stiffness Robots
Department
INGEGNERIA
Course of study
INGEGNERIA DELLA AUTOMAZIONE
Supervisors
relatore Prof. Pollini, Lorenzo
relatore Ing. Grioli, Giorgio
relatore Ing. Catalano, Manuel Giuseppe
relatore Prof. Bicchi, Antonio
Keywords
  • actuators
  • humanoid
  • modular robots
  • multi degree of freedom
  • performance
  • physical human-robot interaction
  • robotics
  • robots
  • variable stiffness
Graduation session start date
13/05/2011
Availability
Partial
Release date
13/05/2051
Summary
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.
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