Progettazione, realizzazione e collaudo di una scheda elettronica per la propriocezione di un braccio robotico soft tramite sensori piezoresistivi

Abstract

Questa tesi descrive la progettazione, realizzazione e collaudo di un circuito stampato (PCB) per la propriocezione di un braccio robotico soft, mediante l’utilizzo di sensori piezoresistivi e strisce di ElectroLycra. Il sistema è stato concepito come circuito mixed-signal, integrando una sezione analogica dedicata alla gestione e al condizionamento dei segnali provenienti dai sensori, e una sezione digitale basata su un microcontrollore. Quest’ultimo si occupa della digitalizzazione dei segnali, di una loro prima elaborazione e della trasmissione dei dati via protocollo I²C a un microcontrollore master, incaricato della raccolta dei dati e della stima della posizione del braccio. Il lavoro ha incluso l’analisi approfondita delle caratteristiche dei sensori impiegati, la progettazione dettagliata del circuito analogico con opportuna scelta dei componenti attivi e passivi, lo sviluppo del firmware per la gestione della comunicazione digitale e la realizzazione del layout del PCB, ottimizzato per garantire compattezza, facilità di sbroglio, semplicità circuitale, affidabilità nella lettura dei segnali e riduzione dei disturbi elettrici.

This thesis describes the design, implementation, and testing of a printed circuit board (PCB) for proprioception in a soft robotic arm, using piezoresistive sensors and ElectroLycra strips. The system was conceived as a mixed-signal circuit, integrating an analog section dedicated to the management and conditioning of signals from the sensors, and a digital section based on a microcontroller. The latter is responsible for digitizing the signals, performing initial processing, and transmitting the data via the I²C protocol to a master microcontroller, which handles data collection and position estimation of the arm. The work included an in-depth analysis of the characteristics of the employed sensors, the detailed design of the analog circuit with appropriate selection of active and passive components, the development of firmware for digital communication management, and the realization of the PCB layout, optimized to ensure compactness, ease of routing, circuit simplicity, signal reading reliability, and reduction of electrical noise.