Design and manufacturing of a bioinspired underwater robot with hybrid actuation

This thesis investigates the possibility of designing and building an autonomous underwater vehicle actuated by employing new and promising actuation technologies. For this purpose, the concepts of bio-inspiration and bio-mimetics are considered. Bio-inspired robotics is indeed a fast-developing field for drones and autonomous vehicles. A design including hybrid actuation is created and proposed. Different solutions are taken into account. A fish-like design with a soft shell, a rigid skeleton and both Magnet-in-coil (MIC) electromagnetic actuation and MacroFiberComposite (MFC) bimorph piezoelectric actuation is later manufactured and assembled. The electronics required for operation are described next. Each of the two technologies involved is illustrated, studied and tested. The nonlinearity found in the behaviour of the piezoelectric lamina is highlighted through its frequency response function with 40, 160, and 300Vpp (peak-to-peak) inputs, showing a shift of the plot meaning a change in resonance frequency. The results are promising, leaving immense space for further development and improvement of the actuation method and the design itself.

Questa tesi studia la possibilità di progettare e costruire un veicolo subacqueo autonomo attuato per mezzo di nuove e promettenti tecnologie di attuazione. A tal fine, vengono presi in considerazione i concetti di bio-ispirazione e bio-mimetica. La robotica bioispirata è infatti un campo in rapido sviluppo per i droni e i veicoli autonomi. Viene creata e proposta una progettazione che include l’attuazione ibrida. Vengono prese in considerazione diverse ipotesi. Un soluzione progettuale a forma di pesce con un guscio morbido, uno scheletro rigido e sia l’attuazione elettromagnetica Magnet-in-coil (MIC) che quella piezolettrica bimorfa MacroFiberComposite (MFC), viene successivamente prodotta ed assemblata. L’elettronica necessaria al funzionamento viene descritta successivamente. Ciascuna delle due tecnologie coinvolte viene illustrata, studiata e testata. La non linearità riscontrata nel comportamento della lamina piezoelettrica viene evidenziata attraverso la sua funzione di risposta in frequenza con inputs di 40, 160 e 300Vpp (picco-picco), mostrando uno spostamento del grafico che mostra un cambiamento nella frequenza di risonanza. I risultati sono promettenti e lasciano un immenso spazio per ulteriori sviluppi e miglioramenti del metodo di attuazione e del progetto stesso.