Studio e progetto di un esoscheletro per caviglia con attuazione elettro-idorostatica per la riduzione del consumo metabolico

In questo elaborato è presentato un esoscheletro per caviglia che sfrutta una attuazione elettro-idrostatica al fine di ridurre il consumo metabolico in camminata. Indossare un esoscheletro autonomo comporta l’aggiunta di peso e la modifica del meccanismo di camminata, il primo impatta negativamente sul consumo metabolico tanto più è posizionato lontano dal centro del corpo, mentre il secondo ha la possibilità di ridurlo se la strategia di assistenza è profittevole. Durante la camminata la caviglia sviluppa più potenza positiva di ogni altra articolazione, questo si traduce in lavoro muscolare energeticamente costoso. Il principio dello studio proposto si basa sulla remotizzazione dell’attuazione elettrica, combinata con una trasmissione idrostatica ad alta potenza specifica per fornire una coppia di assistenza alla caviglia. L’idea è di delocalizzare il peso maggiore dell’esoscheletro nel dorso del paziente (attuatore elettrico e batteria) e sfruttare la trasmissione idrostatica per assistere e ridurre l’inerzia alla caviglia. La trasmissione idrostatica è basata su cilindri con membrane a rotolamento, che sigillano completamente il volume di fluido e annullano i fenomeni di leackage e stick-slip, presenti negli attuatori idraulici tradizionali. In questo lavoro si è esaminato lo stato dell’arte per individuare l’entità e la strategia di assistenza idonee per assistere la caviglia con una attuazione elettro-idrostatica. In funzione di ciò, si è scelto l’attuatore elettrico e si è progettata e dimensionata la trasmissione idrostatica per l’applicazione, in fine è stato progettato l’esoscheletro nelle componenti di accoppiamento tra attuatore e trasmissione e di interfaccia alla caviglia. I risultati di questo studio preliminare si mostrano incoraggianti e legati allo sviluppo di un primo prototipo al fine di verificarne le reali prestazioni.