Design, fabrication and control of a snake-like robot

Snake robots are thought to move in cluttered and hostile environments. Inspired by biological snakes, the characteristics of flexibility, redundancy and adaptability to different terrains, make them able to climb poles, and to move through very thin holes and gaps. Contrary to traditional wheeled robots, the state of the art for such bioinspired devices is very limited. The Politecnico di Milano decided to start this project to actively contribute to the research and improvement of snake robots. The first aim of this thesis is the design of the body of the robot, improving the performances of motion, that are strictly linked to the shapes and material used. Furthermore, three different gaits are be implemented, aimed to be used in different terrain conditions, pointing at the maximisation of locomotion velocity. The last important and novel aspect involves autonomousdriving. Especially, the whole mechanism is detected with a vision system through an external camera, that identifies the position of the center of mass and the orientation, thus making the system able to follow a pre-defined trajectory. Even though this process is be feasible only in a laboratory environment, it is preparatory for further developments that will make the robot independent of any external vision system.

Gli Snake Robots sono pensati per potersi muovere in ambienti ostili e pieni di ostacoli. Ispirati dai serpenti biologici, le loro caratteristiche di flessibilità, ridondanza e adattabilità a diversi tipi di terreno, li rendono capaci di arrampicarsi sugli alberi e muoversi in piccoli pertugi e strette cavità. Contrariamente ai tradizionali robot con ruote, lo stato dell’arte per questo tipo di dispositivi è molto limitato. Il Politecnico di Milano ha deciso di iniziare questo progetto per partecipare attivamente alla ricerca e allo sviluppo di questo tipo di robot. La tesi ha lo scopo di progettare il corpo del robot, migliorandone le capacità di moto che sono strettamente dipendendi dalla sua forma esterna e dal tipo di materiale utilizzato. Inoltre, tre diversi tipi di movimento sono implementati e usati in diverse condizioni di terreno, cercando di massimizzare la velocità di avanzamento. L’ultimo importante e nuovo aspetto riguarda il movimento autonomo. In particolare, l’intero sistema fisico viene riconosciuto da un sistema di visione attraverso una telecamera esterna che identifica la posizione del centro di massa e l’orientazione, rendendo così possibile al robot di seguire una traiettoria definita a monte. Sebbene questo controllo è attuabile solamente in laboratorio, si tratta di un processo propedeutico per sviluppi futuri che renderanno il robot indipendente da qualsiasi sistema di visione esterna.