Sensor interface for snake robot

Abstract

Slangeroboter har fått mer oppmerksomhet de siste årene på grunn av deres mange mulige anvendelser. Dette feltet blir forsket på ved Institutt for teknisk kybernetikk ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). Boa er det nyeste forsøket på å lage en slangerobot designet for forskning på Obstacle Aided Locomotion (OAL). Boa har flere sensorer for måling av begrensningskraft, akselerasjon, vinkelhastighet og orientering for å støtte dette formålet. Imidlertid er de innebygde systemene til Boa ikke fullstendige.

Denne oppgaven tar sikte på å lage et funksjonelt grensesnitt for sensorer for Boa. Kretsen og kretskortet er designet med vekt på elektromagnetisk kompatibilitet (EMC). Denne oppgaven har produsert en delvis funksjonell sensormodul for slangeroboten Boa.

Testresultatene viser mer støy på kraftsensorenes signaler enn oppløsningen på analog-til-digital-omformeren (ADC) tillater. Støyen fra spenningsomformerne forurenser kraftsensorenes signaler. Den anbefalte løsningen er å justere lavpassfilteret i inngangene til ADC-en og flytte filteret nærmere ADC-en.

Koden på mikrokontrollerkortet er ikke fullført siden omfanget av denne oppgaven var begrenset til å designe og teste sensormodulen. Fremtidig arbeid bør innebære en grundig analyse av støyen i sensormodulen, finjustering av lavpassfilteret på kortet, jording av kraftsensorens skjerm og fullføring av mikrokontrollerens kode.

Snake robots have gained more attention in recent years due to their many possible applications. This field is being researched at the technical cybernetics institute at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). Boa is the latest attempt at making a snake robot designed for research on Obstacle Aided Locomotion (OAL). Boa has multiple sensors for measuring constraint force, acceleration, angular velocity and orientation to aid this purpose. However, the embedded systems of Boa are not complete.

This thesis aims to create a functional sensor interface for Boa. The circuit and Printed Circuit Board (PCB) have been designed with an emphasis on Electromagnetic Compatibility (EMC). This thesis has produced a partially functional sensor module for the snake robot Boa.

The test results show more noise on the force sensor signals than the resolution on the Analog to Digital Converter (ADC) allows. The noise from the voltage converters contaminates the force sensor signals. The recommended solution is to adjust the low-pass filter in the inputs of the ADC and move the filter closer to the ADC.

The firmware on the microcontroller board has not been completed since the scope of this thesis was limited to designing and testing the sensor module. Future work should be performing a thorough analysis of the noise of the sensor module, tuning the low-pass filter on the board, grounding the force sensor's shield and finishing the microcontroller's code.