Esempi di prototipi di esoscheletri industriali e di banco prova per testarli

Figura 1 - Prototipo di esoscheletro DIMEAS ad azionamento pneumatico con cinghie dentate (esoscheletro A).

Il presente articolo descrive alcuni prototipi di esoscheletri a uso industriale e un prototipo di banco prova per testare tali supporti e verificarne funzionamento e affidabilità.

Nonostante l’ampia diffusione su larga scala di robot industriali e meccanismi di automazione industriale, molti lavori sono ancora svolti manualmente dall’uomo, legati ad abilità e capacità decisionali tipiche dell’essere umano. L’interesse verso gli esoscheletri industriali indossabili sta quindi crescendo. Tali sistemi possono infatti aiutare l’uomo a svolgere attività lavorative, evitando l’insorgere di problemi fisici. Spesso le prestazioni degli esoscheletri sono legate ad aspetti relativi alla sicurezza dal momento che l’operatore indossa l’esoscheletro per tempi prolungati, trasportando o sollevando carichi pesanti: questo può in ogni caso provocare sovraccarichi nelle articolazioni umane. La progettazione di questi esoscheletri prevede quindi anche delle fasi di test durante i quali vengono verificate funzionalità, prestazioni e sicurezza del dispositivo. Sono dunque necessari metodi di prova che definiscano le modalità di raccolta e di analisi dei dati e che poi permettano ai produttori di riprodurre le procedure standard di sicurezza. I dati ottenuti tramite questi metodi di prova permettono anche di conoscere e capire meglio i possibili usi di questi esoscheletri. Le prove di sicurezza forniscono inoltre informazioni importanti per valutare la capacità di esecuzione dei compiti da parte dell’esoscheletro, mentre i metodi di test delle prestazioni possono fornire misurazioni specifiche sul compito da svolgere, come per esempio ottimizzare il movimento, aumentare o prolungare la capacità di sollevamento di un carico, effettuare il sollevamento e il posizionamento di un carico pesante.

Prove sugli esoscheletri

Le prove sugli esoscheletri sono attualmente svolte spesso utilizzando opportuni banchi prova e specifiche procedure di test. Gli esoscheletri testati vanno anche catalogati in base alle loro prestazioni, confrontando poi i risultati ottenuti con diversi sistemi e valutando le capacità del sistema nello svolgere i compiti per i quali è stato progettato. L’utilizzo di banchi prova è a volte legato a test effettuati anche su singoli componenti dell’esoscheletro per test di resistenza a flessione di componenti di supporto , test su attuatori, test per la valutazione dei limiti di resistenza di giunti o di elementi strutturali… Durante le prove per testare un esoscheletro possono anche essere utilizzati dei manichini opportunamente sensorizzati, i quali permettono di riprodurre la persona come dimensioni e peso. Dato però che esistono a oggi diverse metodologie per effettuare test su esoscheletri indossabili, gli autori hanno progettato e costruito un banco prova non dotato di manichino ma in cui una parte stessa del banco è adibita a simulare il tronco dell’operatore ed i suoi movimenti.  Per essere considerati macchinari da test standard però questi banchi simulativi devono rispettare alcuni requisiti, quali: la struttura e le misurazioni effettuate devono essere stabili e non soggette ad eventuali disturbi causati dall’esoscheletro; l’acquisizione dei dati e l’analisi dei dati devono essere facili; la dimensione, la forma e la distribuzione del peso degli elementi che simulano le fattezze umane devono essere in un range legato a valori ottenuti da normative. Inoltre la valutazione della performance dell’esoscheletro prevede che la struttura effettui movimenti programmati e precisi, tramite un sistema di attuazione attivo.

Nell’articolo vengono brevemente presentati alcuni prototipi di esoscheletri a uso industriale, progettati e costruiti presso il DIMEAS del Politecnico di Torino, e il prototipo di un banco prova per esoscheletri di questo genere.