Dispositivo di compensazione di carichi, in particolare di carichi gravitazionali, applicabile ad esoscheletri

Data di pubblicazione

21-08-2020

Codice

ME.19.007.A

Stato

Licenziato

Data di priorità

06-03-2019

Fase

PCT

Titolare

Politecnico di Milano

Dipartimento

DIPARTIMENTO DI MECCANICA

Autori

AQUILANTE Lorenzo, TABAGLIO Mattia, RAMIREZ Daniele, BRAGHIN Francesco, PEDROCCHI Alessandra Laura Giulia, GANDOLLA Marta, DALLA GASPERINA Stefano

Descrizione

Si tratta di un dispositivo progettato per compensare l’effetto gravitazionale all’interno di esoscheletri per arti superiori e braccia robotiche. In generale, la maggior parte dello sforzo richiesto per svolgere un movimento con gli arti superiori viene impiegato per vincere l’effetto gravitazionale, il quale si può identificare con una coppia agente sul braccio stesso. Di conseguenza, la spalla risulta l’articolazione principalmente stressata. Gli esoscheletri sono dispositivi progettati proprio per alleviare lo sforzo dell’utente che lo indossa, moltiplicandone le capacità di forza. Il dispositivo oggetto dell’invenzione è concepito per essere integrato all’interno degli esoscheletri per arti superiori in corrispondenza del giunto della spalla dell’utente. Lo stesso problema può essere esteso alle braccia robotiche. L’invenzione consiste in un dispositivo concepito con l’obiettivo di identificare e compensare completamente l’effetto gravitazionale agente su un esoscheletro o un braccio robotico, con consumi energetici e ingombri minimi. Il dispositivo comprende una struttura meccanica ibrida, dei sensori delle logiche di controllo. La struttura meccanica ibrida è composta da un attuatore, un sistema articolato ed un elemento elastico, tutti collegati tra loro. Le logiche di controllo gestiscono le informazioni dei sensori tramite le quali elaborano l’azione di controllo da inviare all’attuatore. Mentre l’elemento elastico precaricato fornisce la forza di compensazione dell’azione gravitazionale. Il principio di funzionamento messo in atto dal dispositivo ibrido è il seguente: ad ogni posizione assunta dall’utilizzatore (esoscheletro o braccio robotico) le logiche di controllo elaborano tramite i sensori la coppia/forza gravitazionale agente su di esso. Elaborano quindi l’azione di controllo da inviare all’attuatore affinché quest’ultimo modifichi il precarico dell’elemento elastico attraverso il sistema articolato, in modo che la forza di compensazione sia uguale a quella dell’effetto gravitazionale.

Campo di applicazione

Il dispositivo può essere integrato all’interno di esoscheletri per arti superiori progettati per applicazioni industriali, nelle quali l’utente deve svolgere delle operazioni manuali faticose o in generale usuranti, e per applicazioni biomedicali, sia riabilitative che assistive. Inoltre questo dispositivo può essere integrato anche all’interno di bracci robotici.

Vantaggi

I vantaggi dell’invenzione rispetto alle soluzioni attive e passive sono i seguenti: Il dispositivo attua una compensazione completa dell’effetto gravitazionale all’interno di esoscheletri per arti superiori e bracci robotici lungo tutto il campo di lavoro con consumi energetici minimi. Inoltre il dispositivo è progettato per ottenere queste prestazioni minimizzando masse ed ingombri. Quindi riesce ad avere le prestazioni di un sistema completamente attivo in termini di compensazione ma con le caratteristiche di consumi energetici, massa ed ingombri di un sistema completamente passivo. Infine il dispositivo è progettato per poter essere integrato facilmente all’interno di un esoscheletro o di un braccio robotico.

Stadio di sviluppo

Test sul campo

Contatto

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