Design, realization and control of an aquatic snake robot

The conventional aquatic robots encounter several challenges such as versatility of operations, flexibility of usages, and adaptability on all kind of aquatic environments. In this dissertation, an aquatic snake robot was designed, realized, and controlled to face these issues. This bioinspired aquatic snake robot is modular, remotely operated, slightly buoyant, and waterproof. Power and control are distributed, and the aquatic snake robot has a laterally compressed body. It is equipped with sensors such as a camera, ultrasonic sensor, and inertial measurement unit sensor. In this thesis, a kinematic model and a dynamic model are presented. The control algorithm necessary to achieve forward motion and turning has been developed for two different swimming gaits. These algorithms have been simulated by using MATLAB to observe the behaviors of the aquatic snake robot while performing the swimming gaits. The aquatic snake robot has been manufactured, and its electronic circuit has been realized integrating the sensors and the communication with the external device. The developed control algorithm implemented using a high-level feedforward system and a low-level feedback system. Two different swimming patterns have been tested in an aquatic environment, and it has been observed that aquatic snake robot is able to propel forward in water.

I robot acquatici convenzionali affrontano diverse sfide come la versatilità delle operazioni, la flessibilità degli usi e l'adattabilità a tutti i tipi di ambienti acquatici. In questa tesi un robot serpente acquatico è stato progettato, realizzato e controllato. Questo robot serpente acquatico di ispirazione biologica è modulare, comandato a distanza, leggermente galleggiante e impermeabile. La potenza e il controllo sono distribuiti e il robot serpente acquatico ha un corpo compresso lateralmente. È dotato di sensori tra cui una macchina fotografica, un sensore a ultrasuoni e un sensore per unità di misura inerziale. In questa tesi vengono presentati un modello cinematico e un modello dinamico. L'algoritmo di controllo necessario per ottenere il movimento in avanti e le manovre è stato sviluppato per due diverse tipologie di nuoto. Questi algoritmi sono stati simulati utilizzando MATLAB per osservare i comportamenti del robot serpente acquatico durante l'esecuzione dei movimenti di nuoto. Il robot serpente acquatico è stato costruito, ed è stato realizzato il suo circuito elettronico integrando i sensori e la comunicazione con un dispositivo esterno. L'algoritmo di controllo è stato implementato utilizzando un sistema feedforward di alto livello e un sistema di feedback di basso livello. Sono stati sperimentati due diversi modelli di nuoto in ambiente acquatico ed è stato osservato che il robot serpente acquatico è in grado di nuotare in avanti.