Analisi sperimentale tramite un sistema meccatronico dedicato di sensori tattili per la misura di effetti meccanici (i.e. sliding e slippage) attraverso traiettorie controllate.

Abstract

La capacità di rilevare tempestivamente l’insorgenza dello scivolamento durante la manipolazione di un oggetto rappresenta un requisito fondamentale per lo sviluppo di sistemi robotici in grado di eseguire prese stabili, sicure e adattive. In tale contesto, i sensori tattili costituiscono uno strumento essenziale per acquisire informazioni sul contatto e implementare strategie di controllo ispirate al comportamento della mano umana. Il presente lavoro di tesi propone l’implementazione e la validazione sperimentale di un algoritmo per il rilevamento dello scivolamento basato su una matrice di sensori tattili piezoelettrici in polivinilidenfluoruro (PVDF). L’algoritmo elabora i segnali acquisiti dai sensori mediante tecniche di filtraggio e analisi temporale, individuando l’istante di insorgenza dello scivolamento. Le prestazioni del metodo sono state valutate confrontando il tempo di rilevamento ottenuto dai sensori con quello ricavato da una cella di carico, assunta come riferimento sperimentale. La validazione è stata condotta mediante una campagna sperimentale comprendente differenti condizioni operative, variando forza normale, velocità e distanza di scorrimento. Per ciascuna configurazione sono state eseguite prove ripetute, consentendo di analizzare l’accuratezza temporale del rilevamento, la ripetibilità dell’algoritmo e il contributo fornito sia dal singolo sensore sia dall’intera matrice tattile. `È stata inoltre studiata la distribuzione spaziale dell’attività dei sensori durante lo scivolamento, evidenziando le modalità di propagazione dell’informazione tattile sulla superficie sensibile. I risultati ottenuti mostrano che l’algoritmo è in grado di individuare lo scivolamento con buona accuratezza e ripetibilità nelle diverse condizioni sperimentali investigate. L’utilizzo dell’intera matrice sensoriale migliora la robustezza del rilevamento rispetto all’impiego del singolo sensore, confermando l’efficacia dell’approccio proposto.

The ability to promptly detect the onset of slip during object manipulation is a fundamental requirement for the development of robotic systems capable of performing stable, safe, and adaptive grasps. In this context, tactile sensors represent an essential tool for acquiring contact information and implementing control strategies inspired by the behaviour of the human hand. This thesis presents the implementation and experimental validation of a slip detection algorithm based on an array of polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric tactile sensors. The algorithm processes the signals acquired from the sensors through filtering and time-domain analysis techniques to identify the onset of slip. The performance of the proposed method was evaluated by comparing the detection time provided by the tactile sensors with that obtained from a load cell, which was used as the experimental reference. The validation was carried out through an experimental campaign involving different operating conditions by varying the normal force, sliding velocity, and sliding distance. Repeated trials were performed for each configuration, allowing the temporal accuracy of the detection, the repeatability of the algorithm, and the contribution of both the individual sensor and the entire tactile array to be analysed. Furthermore, the spatial distribution of sensor activity during slip was investigated, highlighting the propagation of tactile information across the sensing surface. The obtained results demonstrate that the proposed algorithm is capable of detecting slips with good accuracy and repeatability under the different experimental conditions considered. The use of the entire tactile sensor array improves the robustness of the detection compared with the use of a single sensor, confirming the effectiveness of the proposed approach.