Electronics and software development for navigation control in a ray-inspired soft robot

This thesis describes the development of a robust and modular platform for autonomous underwater navigation, inspired by batoid fishes, focusing on electronics, software, and control algorithms. Starting from an existing prototype, significant enhancements were implemented, including adopting ROS2 Jazzy as the primary software framework, integrating advanced state estimation through an IMU, pressure sensor, and GPS, and developing custom electronics to facilitate efficient sensor management. Despite challenges encountered with GPS performance, comprehensive studies of robot dynamics led to the design and implementation of a reliable orientation and depth control system. Experimental tests conducted in real-world lake environments confirmed the effectiveness of the developed control strategies, successfully demonstrating basic autonomous navigation capabilities. The modular nature of this platform also allows future exploration of alternative bio-inspired propulsion methods and advanced control strategies.

Questa tesi descrive lo sviluppo di una piattaforma robusta e modulare per la navigazione autonoma subacquea, ispirata ai movimenti dei pesci batoidei, con un focus su elettronica, software e algoritmi di controllo. Partendo da un prototipo esistente, sono stati realizzati importanti miglioramenti, tra cui l'adozione di ROS2 Jazzy come framework software principale, l'integrazione di un sistema avanzato di stima dello stato tramite IMU, sensore di pressione e GPS, e lo sviluppo di componenti elettronici personalizzati per una gestione efficiente dei sensori. Nonostante le difficoltà riscontrate con le prestazioni del GPS, lo studio approfondito della dinamica del robot ha portato alla progettazione e implementazione di un sistema affidabile per il controllo dell'orientamento e della profondità. I test sperimentali condotti in ambienti reali (laghi) hanno confermato l'efficacia delle strategie di controllo sviluppate, dimostrando con successo le capacità di navigazione autonoma di base. La natura modulare della piattaforma consente inoltre future esplorazioni di metodi di propulsione alternativi ispirati alla biologia e strategie di controllo avanzate.