Sistemi robotizzati quali gli esoscheletri indossabili da una persona sono ormai diffusi in molti ambiti, come quelli militare, riabilitativo e industriale.
In particolare in ambito industriale gli esoscheletri sono utilizzati in numerosi settori: per aiutare l’operatore a sollevare e a movimentare carichi; per aiutare l’operatore a tenere le braccia sollevate per molto tempo durante le diverse fasi lavorative; per aiutare l’operatore a stare con il busto chinato in avanti per montare pezzi o effettuare operazioni di vario genere. Il tipo di prototipo di esoscheletro industriale qui presentato si riferisce appunto a questa applicazione, in cui l’operatore che lo indossa riceve una coppia di assistenza pari circa al 30% di quella muscolare massima richiesta all’anca durante la flessione del tronco dell’operatore. Esso è stato progettato e realizzato presso il DIMEAS (Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino).
Il sistema deve anche essere in grado di fermarsi e di sostenere il busto dell’operatore chinato in avanti per il tempo necessario e poi di assistere la fase di risalita del tronco medesimo. Queste soluzioni devono altresì essere leggere, facilmente indossabile e utilizzabili dall’operatore con la massima sicurezza.
Gli esoscheletri possono essere ad azionamento prevalentemente elettrico o pneumatico. In questo caso è presente un’attuazione pneumatica su ogni giunto di anca. L’utilizzo di un’attuazione pneumatica permette di avere una movimentazione agile e sicura, di fermare comodamente il sistema quando deve sostenere il busto dell’operatore chinato in avanti, di non portare parti elettriche nel sistema indossato, di regolare con semplicitĂ Â la coppia erogata.
Qui di seguito è presentato il prototipo realizzato e un primo studio del suo meccanismo di controllo.
Descrizione del prototipo
Il prototipo di esoscheletro descritto, del quale viene analizzato in particolare un primo esempio di sistema di controllo, è un’unitĂ per il sostegno del busto dell’operatore sia durante la sua flessione in avanti, sia durante la fase di stazionamento flesso in avanti, sia durante la sua risalita in posizione eretta.
Come illustrato in Figura 1, tale esoscheletro è costituito da: un telaio posto lungo la schiena dell’operatore (back frame); un appoggio del sistema sulla coscia dell’operatore (leglink); un gruppo di attuazione per ogni giunto di anca costituito da due coppie di pulegge collegate da cinghie dentate in modo da trasmettere il moto al back frame e quindi fornire una coppia all’anca pari al 30% della coppia massima muscolare richiesta durante il moto del tronco.
Ogni giunto motorizzato ha un motore rotativo pneumatico avente le seguenti caratteriste tecniche: tensione di alimentazione 0.2 kW, massima velocitĂ 10000 rpm, velocitĂ nominale 5000 rpm, coppia nominale 0,38 Nm, massima coppia 0,57 Nm, massima pressione 6 bar (1 bar = 105 Pa).
Durante il funzionamento dell’esoscheletro ogni motore pneumatico eroga una coppia pari al 30% della coppia muscolare massima richiesta. La struttura di ogni giunto motorizzato permette non solo che l’esoscheletro assista opportunamente l’operatore, ma anche che l’asse dell’anca e l’asse lombo sacrale siano distinti (come effettivamente è nella struttura fisiologica del bacino), in modo da seguire in modo corretto il movimento del busto dell’operatore senza sottoporlo a sollecitazioni errate.
In Figura 2a è illustrato il singolo gruppo di attuazione con la varie parti che lo costituiscono, mentre in Figura 2b è riportato un dettaglio dei due assi qui indicati e presenti in questo gruppo di attuazione.
In Figura 3 è illustrato l’intero prototipo costruito, mentre in Figura 4 è illustrato il particolare di uno dei due gruppi di attuazione motorizzati con il motore rotativo e due pulegge dentate.
