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Design and Multibody Simulation of a new Biped-Wheeled Exoskeleton

Giuseppe Nigido

Design and Multibody Simulation of a new Biped-Wheeled Exoskeleton.

Rel. Elvio Bonisoli, Giovanni Gerardo Muscolo. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Meccanica, 2021

Abstract:

La seguente tesi tratta un innovativo esoscheletro dotato di gambe e ruote chiamato HANDSHAKE (HANDling System for Human Autonomous KEeping). Tale esoscheletro è stato pensato come aiuto per quelle persone che a causa di malattie come la SLA e la Paraplegia hanno una ridotta capacità di movimento. Tale esoscheletro è unico nel suo genere all’interno del panorama degli esoscheletri medicali. A differenza degli altri presenti in commercio, HANDSHAKE è composto da due supporti per i piedi sorretti da due chassis, questi ultimi sono connessi tramite due link verticali al sedile. La grande innovazione risiede nel fatto che il paziente non è costretto ad assumere una specifica posizione con le gambe durante il cammino. Gli unici punti in cui l’esoscheletro è direttamente aggangiato al paziente sono i piedi e il torso della persona. Il fine di tale lavoro di tesi è quello di progettare e ottimizzare la macchina ideata e simulata in precedenti lavori. L’idea alla base del nuovo modello è quella di ottenere una macchina funzionante più leggera e compatta cercando di ridurre il più possibile le coppie e le potenze che i motori devono applicare, senza rinunciare al comfort della persona. La tesi inizia con una descrizione dei modelli più importanti di esoscheletro progettati dal ventesimo secolo, evidenziando le peculiarità innovitive di ogni modello, finendo con una classificazione degli esoscheletri moderni mettendo in evidenza lo stato dell’arte degli esoscheletri medicali. Segue uno studio delle articolazioni degli arti inferiori: caviglie, giocchia e anche. Per ciascuna articolazione sono descritte le possibili rotazioni e il range di angoli che è possibile raggiungere su ogni piano di rotazione. La descrizione del cammino umano è riportata evidenziandoi valor i degli angoli assunti da ogni articolazione durante un intero ciclo di cammino. Nella seconda parte si descrive il prototipo progettato precedentemente esponendo i calcoli analitici effettuati e mostrando il modello 3D dell’esoscheletro. Segue l’illustrazione del sistema di controllo implementato per ridurre le coppie e le potenze agenti aumentando la stabilità del sistema. La terza della tesi è dedicata all’analisi dei risultati ottenuti dai precedenti lavori dalla quale emergono alcuni problemi riguardanti la lunghezza dei passi, la simmetria del cammino e la posizione dei supporti dei piedi. Tali problemi vengono migliorati fornendo un tipo differente di input di velocità e modificando i coefficienti PID dei supporti senza modificare il modello 3D dell’esoscheletro. Il passo successivo è la progettazione del nuovo modello 3D. I componenti del nuovo escoscheletro e del manichino simulante il paziente sono descritti nel dettaglio. Il nuovo sistema è stato simulato in Simscape Multibody e i risultati sono esposti e confrontati con quelli ottenuti dal primo prototipo progettato. La tesi termina con le conclusioni e le possibili idee di miglioramento per la realizzazione del sistema.

Relatori: Elvio Bonisoli, Giovanni Gerardo Muscolo
Anno accademico: 2020/21
Tipo di pubblicazione: Elettronica
Numero di pagine: 76
Informazioni aggiuntive: Tesi secretata. Fulltext non presente
Soggetti:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Meccanica
Classe di laurea: Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-33 - INGEGNERIA MECCANICA
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/19556
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