Progettazione e realizzazione di un esoscheletro per dinamica simulata
Author(s)
Mariani, Giovanni
Date Issued
December 19, 2024
Type
Doctoral Thesis
Abstract
L'obiettivo di questa ricerca è la progettazione e lo sviluppo di SIDE, un eso- scheletro biarticolare indossabile per l'arto superiore, progettato per fornire feed- back aptico e destinato all'addestramento di lavoratori in ambienti confinati. Le fasi di addestramento si svolgeranno in ambienti controllati utilizzando realtà vir- tuale (VR) o realtà aumentata (AR). L'idea è di combinare i sistemi VR, altamente validati e già presenti sul mercato, con un sistema in grado di simulare le forze di interazione. Oltre ai classici feedback visivi e uditivi, sarà stimolata anche la percezione delle forze di interazione con l'ambiente circostante, offrendo così un dispositivo per l'addestramento degli operatori più completo, immersivo e sicuro.
La prima parte di questa tesi è dedicata alla descrizione dell'arto superiore, sia dal punto di vista anatomico che cinematica. Nella seconda parte vengono introdotti e classificati esoscheletri, sistemi di realtà virtuale e dispositivi aptici, con particolare attenzione agli aspetti cruciali legati al presente lavoro. Nella terza parte viene presentato il prototipo di SIDE, analizzandone nel dettaglio le specifiche tecniche e il modello utilizzato per studiare l'arto superiore. La quarta parte è dedicata alla presentazione dei protocolli utilizzati per la validazione del dispositivo. Le metodologie impiegate verranno descritte nel dettaglio e i risultati ottenuti saranno analizzati e commentati.
L'ultimo capitolo è dedicato ad una serie di attività supplementari, che integrano lo sviluppo di SIDE. Tra queste troviamo la progettazione di un sensore in tessuto in grado di riconoscere l'interazione umana con l'esoscheletro, in modo da fornire un feedback di forza che viene applicata dal soggetto che indossa il braccio robotico. Abbiamo anche lo sviluppo di due differenti esoscheletri di caviglia, con lo scopo di fornire assistenza al cammino. Infine, è stato presentato lo sviluppo di un guanto strumentato, con l'obiettivo di misurare sovraccarichi biomeccanici.
The aim of this thesis is to design and develop SIDE, a bi-articular wearable exoskeleton for the upper limb, created to provide haptic feedback and intended for training workers in confined spaces. The training sessions will be conducted in controlled environments using virtual reality (VR) or augmented reality (AR). The goal is to integrate established and market-ready VR systems with a device capable of simulating interaction forces. In addition to traditional auditory and visual feedback, the system will enhance the perception of interaction forces with the surrounding environment, offering a more comprehensive, immersive, and safer training experience for operators.
The first section of this thesis focuses on the anatomical and kinematic descrip- tion of the upper limb. The second section introduces and classifies exoskeletons, virtual reality, and haptic systems, with an emphasis on the key aspects relevant to this project. The third section presents the SIDE prototype, detailing its technical specifications and the model used for studying the upper limb. The final section discusses the protocols used for validating the device, explaining the methodo- logies in depth and reviewing the results. The patent application for the SIDE exoskeleton was filed in November 2023 (Patent application No. 10203595-MP).
Additional information
Dottorato di ricerca in Engineering for Energy and Environment
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Name
gmariani_tesid.pdf
Size
29.69 MB
Format
Adobe PDF
Checksum (MD5)
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