Diseño Mecánico y de Control de un Exoesqueleto Industrial para el Empoderamiento Avanzado del Ser Humano en Tareas de Manipulación de Partes Pesadas
Autores: Mauri, Alessandro; Lettori, Jacopo; Fusi, Giovanni; Fausti, Davide; Mor, Maurizio; Braghin, Francesco; Legnani, Giovanni; Roveda, Loris
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Diseño Mecánico y de Control de un Exoesqueleto Industrial para el Empoderamiento Avanzado del Ser Humano en Tareas de Manipulación de Partes Pesadas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Exoesqueleto
Robots
Contextos industriales
Diseño mecánico
Reglas de seguridad
Controlador
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Los robots exoesqueletos son una tecnología en auge en contextos industriales para asistir a los humanos en aplicaciones arduas. Se investigan intensamente soluciones de diseño mecánico y de control para lograr una alta colaboración humano-robot (por ejemplo, transparencia, ergonomía, seguridad, etc.). Sin embargo, la mayoría de las soluciones investigadas implican hardware de alto costo, soluciones de diseño complejas y actuadores estándar. Además, los controladores de última generación no permiten la regulación de asistencia en línea y no incorporan reglas de seguridad avanzadas. En el trabajo presentado, se propone un exoesqueleto industrial con una alta relación de carga útil para el levantamiento y transporte de piezas pesadas. Se describe una solución de diseño mecánico de bajo costo, aprovechando la actuación compliant en la articulación del hombro para aumentar la seguridad en la cooperación humano-robot. Se propone un controlador jerárquico basado en modelos con reglas de seguridad integradas (incluyendo el modelado del actuador compliant) para asistir activamente al humano mientras ejecuta la tarea. Se propone un controlador óptimo interno para el seguimiento de trayectorias, mientras que se propone un controlador de lógica difusa basado en la seguridad externa para deformar en línea la trayectoria de la tarea en función de la intención de movimiento del humano. También se diseña un programador de ganancias para calcular las ganancias de control óptimas internas en función de la trayectoria realizada. Se han realizado simulaciones para validar el rendimiento del dispositivo propuesto, mostrando resultados prometedores. El prototipo está en proceso de realización.
Descripción
Los robots exoesqueletos son una tecnología en auge en contextos industriales para asistir a los humanos en aplicaciones arduas. Se investigan intensamente soluciones de diseño mecánico y de control para lograr una alta colaboración humano-robot (por ejemplo, transparencia, ergonomía, seguridad, etc.). Sin embargo, la mayoría de las soluciones investigadas implican hardware de alto costo, soluciones de diseño complejas y actuadores estándar. Además, los controladores de última generación no permiten la regulación de asistencia en línea y no incorporan reglas de seguridad avanzadas. En el trabajo presentado, se propone un exoesqueleto industrial con una alta relación de carga útil para el levantamiento y transporte de piezas pesadas. Se describe una solución de diseño mecánico de bajo costo, aprovechando la actuación compliant en la articulación del hombro para aumentar la seguridad en la cooperación humano-robot. Se propone un controlador jerárquico basado en modelos con reglas de seguridad integradas (incluyendo el modelado del actuador compliant) para asistir activamente al humano mientras ejecuta la tarea. Se propone un controlador óptimo interno para el seguimiento de trayectorias, mientras que se propone un controlador de lógica difusa basado en la seguridad externa para deformar en línea la trayectoria de la tarea en función de la intención de movimiento del humano. También se diseña un programador de ganancias para calcular las ganancias de control óptimas internas en función de la trayectoria realizada. Se han realizado simulaciones para validar el rendimiento del dispositivo propuesto, mostrando resultados prometedores. El prototipo está en proceso de realización.