Littérature scientifique sur le sujet « Sistema robotizzato »

INTRODUZIONE E OBIETTIVI - I sistemi robotizzati per la riabilitazione del cammino consentono la ripetizione controllata di un elevato numero di passi la cui afferenza sensoriale rappresenta un importante stimolo per l’attivazione dei processi di neuroplasticità fondamentali nel recupero motorio. Dal punto di vista riabilitativo, una possibile limitazione di tali sistemi potrebbe essere legata alla presenza di vincoli meccanici che possono potenzialmente alterare il normale pattern di reclutamento muscolare caratteristico del cammino in modalità “libera”. Obiettivo di questo studio è quello di valutare la presenza di modificazioni del pattern di attivazione muscolare a livello degli arti inferiori durante la deambulazione “assistita” su sistema robotizzato esoscheletrico Lokomat (Hocoma AG, Volketswil, Svizzera), rispetto al cammino in modalità “libera” su tapis roulant; si intende inoltre verificare la presenza di variazioni dell’attività muscolare in funzione della velocità e della durata del training deambulatorio su Lokomat e la presenza di modificazioni a breve termine del reclutamento muscolare indotte dal training deambulatorio su Lokomat. MATERIALI E METODI- In un gruppo di 11 soggetti volontari sani sono state eseguite registrazioni elettromiografiche (EMG) di superficie di 30 secondi dei muscoli retto femorale, ischiocrurali mediali, tibiale anteriore e soleo durante prove di cammino su Lokomat e su tapis roulant a tre differenti velocità (1.8, 2.5 e 3.2 km/h), durante la fase “iniziale -1° minuto”, “intermedia – 10° minuto” e “finale – 20° minuto” di una seduta di training deambulatorio continuativo di 20 minuti su Lokomat alla velocità costante di 3.2 km/h, e durante il cammino su tapis roulant alla velocità di 3.2 km/h dopo il training deambulatorio su Lokomat (al 1° e al 5° minuto di post-training). Utilizzando i segnali di sensori pressori podalici, i tracciati EMG sono stati suddivisi nei singoli passi, normalizzati e mediati. RISULTATI - Nel cammino su Lokomat rispetto al cammino su tapis roulant, l’ampiezza massima di attivazione (picco) del muscolo soleo risulta ridotta e gli istanti del picco (Tpicco) e di inizio (Ton) e fine (Toff) dell’intervallo di attivazione del soleo risultano anticipati; l’ampiezza del picco del soleo presenta un incremento all’aumentare della velocità sia su Lokomat che su tapis roulant. Il Ton del soleo risulta posticipato nella fase “finale” rispetto alla fase “iniziale” della seduta di training deambulatorio su Lokomat. Nel cammino su tapis roulant dopo il training deambulatorio su Lokomat si osservano un’anticipazione del Tpicco del soleo al 1° minuto rispetto alla prova di cammino pre-training e una posticipazione del Ton al 5° minuto rispetto al 1° minuto e al pre-training. Nonostante l’esiguità campionaria dei passi validi abbia limitato l’analisi statistica dei parametri elettromiografici al solo muscolo soleo, l’osservazione “qualitativa” del profilo medio dell’ampiezza del segnale elettromiografico dei muscoli tibiale anteriore, retto femorale e ischiocrurali mediali ha consentito di evidenziare variazioni potenzialmente rilevanti dei pattern di attivazione di tali muscoli in funzione della velocità, della durata del training deambulatorio su Lokomat e nella fase di post-training. DISCUSSIONE E CONCLUSIONI - Le differenze dei parametri EMG tra il cammino su Lokomat e il cammino su tapis roulant potrebbero essere riconducibili a più fattori, quali le differenti caratteristiche spazio-temporali del passo rilevate su Lokomat, la presenza dell’ortesi podalica e di vincoli meccanici dei sistemi di fissaggio degli attuatori, nonché una possibile riduzione della partecipazione attiva del soggetto. Le variazioni EMG rilevate in funzione della durata del training deambulatorio su Lokomat e nel cammino su tapis roulant nella fase di post-training potrebbero essere correlate, rispettivamente, a fenomeni di adattamento e di modificazione del programma motorio in risposta all’alterazione prolungata delle caratteristiche cinematiche e cinetiche del cammino imposte sul Lokomat. I risultati del presente studio necessitano di una conferma su un campione più ampio di passi e di soggetti e di un approfondimento mediante il rilievo contemporaneo dei parametri cinematici e cinetici correlati al dato EMG, al fine di consentire un’esaustiva interpretazione funzionale delle modificazioni elettromiografiche riscontrate e chiarire l’effetto finale della complessa interazione tra sistema robotizzato e soggetto sul programma neuromotorio e le relative possibili implicazioni riabilitative.

Scopo dell’attività è lo studio di un sistema di attuazione elettromeccanica per l’innesto delle marce in un cambio ad alte prestazioni. L'attività è stata svolta in collaborazione con Automobili Lamborghini S.p.A.

La robotica mobile è un settore industriale multidisciplinare in continuo sviluppo che coinvolge differenti aree di studio ingegneristiche, quali meccanica, elettronica, informatica e intelligenza artificiale. I robot mobili, comunemente costituiti da un braccio robotico seriale e da una base mobile controllabile, sono sistemi meccatronici in grado di muoversi e svolgere autonomamente compiti assegnati. Sebbene questa branca della robotica si trovi ancora ad uno stadio di sviluppo preliminare, numerosi prototipi e prodotti in serie costituiscono una realtà già consolidata da diversi anni nei settori più disparati della logistica industriale. L'ambito della robotica seriale, invece, si sta dirigendo sempre più verso i robot collaborativi, particolare variante dei robot tradizionali che, grazie all'integrazione di sensori ed algoritmi di controllo sofisticati, permettono la collaborazione uomo-macchina, senza arrecare danno alla salute dell'operatore umano. In tale settore applicativo si inserisce il progetto COORSA (COllaborazione tra Operatori e Robot manipolatori mobili Sicuri per la fAbbrica del futuro) mirando allo studio, e al successivo sviluppo, di un prototipo di robotica mobile adatto ad operazioni industriali nell'ambito di packaging e handling, integrando in sicurezza il lavoro di operatori umani con robot collaborativi. In questa Tesi di Laurea Magistrale si sviluppa un modello di robot mobile in grado di operare in ambienti industriali, quali magazzini e depositi logistici. Al robot è richiesto di eseguire un'operazione di pick and place, basato sul prelevamento del prodotto da un pallet sorgente e successivo deposito in un pallet di destinazione.

Manufacturing companies currently have a tendency to expand more and more their production mix, on the one hand to satisfy fully the requirements of the market, which are becoming increasingly pretentious, on the other hand to diversify production, in order to disengage from any failure that a single product can found. So it will be offered different products of the same family and each product will have some variants that permit to customize it. It is clear that this way of working can become problematic, particularly if factories intend to automate the different stages of the production cycle. There are no doubts about the fact that among all the operations that lead to obtain a finished product, the assembly operation is the most critical, in particular because assembly is affected by all errors due to the operations carried upstream. Then, it is possible to say that to automate the assembly operations of a customizable product is considerably complex and the traditional ways to design an automated system may be inadequate. The necessity of flexibility in automatic assembly is a topic widely discussed in the context of the industrial engineering, however, studies conducted by the research, in order to propose a rational method for the design of an automatic flexible system, are quite modest. The research activity presented here proposes a new class of flexible assembly systems: the robotized work cell F-FAS (Fully - Flexible Assembly System). The modeling of this automatic system, based and validated by experimental tests, has allowed to compare the potential of this machine with those of traditional systems for flexible assembly, allowing to state that this work cell is very competitive, in particular for conditions of extremely varied productive mix. The modeling cited above also allows to proportion properly the robot work cell, in according with the necessities of production. During the study of F-FAS prototype, some interesting aspects of the subsystems that compose the work cell are surfaced, in particular, it was found that the characteristics of the end-effector for the robot heavily influence the performance of the machine. That is why it was decided to dedicate an important part of the research activity at the design of this subsystem and at its subsequent building with rapid prototyping technology.
L’attività di ricerca presentata in questa tesi di dottorato propone una nuova classe di sistemi flessibili di assemblaggio: la cella robotizzata F-FAS (Fully -Flexible Assembly System). La modellazione di questo sistema automatico, basata e convalidata da prove sperimentali, ha permesso di confrontare le potenzialità di questa macchina con quelle dei sistemi tradizionali di assemblaggio flessibile, consentendo di affermare che tale impianto risulta assai competitivo, in particolare per condizioni di mix produttivo estremamente vario. La modellazione citata inoltre permette di proporzionare adeguatamente la cella di lavoro sulla base delle esigenze di produzione. Durante lo studio condotto sul prototipo di cella F-FAS, sono affiorati alcuni aspetti interessanti relativi ai sottosistemi che la compongono, in particolare è emerso che le caratteristiche dell’end-effector per il robot risultano influenzare pesantemente le prestazioni dell’intera macchina. Ecco perché si è deciso di dedicare una parte importante dell’attività di ricerca alla progettazione di questo sottosistema e alla sua successiva realizzazione, mediante tecniche di prototipazione rapida.