Esoscheletro Iron Man (1)

L’obbiettivo è costruire un esoscheletro prototipale che fornisca all’utilizzatore:

  1. Maggiore potenza muscolare,
  2. Minore fatica nell’atto del correre, combattere e sollevare pesi,
  3. Maggiore agilità.

Considerato che il nostro esoscheletro è parte di un sistema più complesso e pesante, riterrò soddisfacente un esoscheletro capace di offrire all’utilizzatore dell’armatura lo stesso grado di agilità, velocità, potenza e fatica che avesse senza di essa.
Ovviamente raggiunto questo primo obbiettivo poi proveremo a superarlo.

La tipologia di attuatori meccanici che possiamo utilizzare è vasta, uno tra tutti il “muscolo fluidico festo”, un simil-muscolo pneumatico (vi linko un foglio esplicativo dall’archivio: Link).

Muscolo fluidico

Posizionando questo tipo di attuatori in uno schema che rispecchi lo schema dei muscoli del corpo si otterrebbe il feedback ideale tra pilota e macchina.
Bisogna indagare sul prezzo che credo non sia basso, ma neanche proibitivo.
Questi muscoli sono pneumatici, ovvero necessitano di aria in pressione per essere manovrati. Purtroppo ciò non è vantaggioso per noi, poiché bisognerebbe aggiungere un modulo compressore alla nostra tuta, che comporterebbe peso e ingombri non indifferenti.

Dopo aver valutato questa ipotesi comunque, la soluzione più percorribile resta quella di utilizzare dei servomotori elettrici.
Ne esistono di tipologia diversa con valori di coppia che spaziano tra zero e più infinito (N*m, mai dimenticare l’unità di misura :P). Ovviamente la coppia è direttamente proporzionale alle dimensioni, al peso e al costo, e ciò va ben valutato in fase di progetto.
Grazie all’ampia diffusione di servomotori elettrici nel mondo del modellismo rc e della robotica, modelli di piccole dimensioni possono essere trovati facilmente e a buon mercato. Ciò ci permette di sviluppare qualche prototipo in maniera economica per valutare l’applicabilità di questo tipo di tecnologia al nostro progetto e per divertirci un po’ con qualcosa di pratico.
Per questo motivo ho già deciso di sviluppare un prototipo di braccio robotico servo-assistito a controllo diretto.

Il progetto prevede la realizzazione di uno scheletro di supporto (in lega di alluminio possibilmente, altrimenti in ferraccio riciclato, tanto è pur sempre un prototipo) di braccio e avambraccio, a cui verranno applicati dei servomotori (1 o 2) nella giunzione articolare.
I servomotori verranno controllati da una scheda Arduino, ma i dettagli del controllo non posso ancora rivelarli. Il motivo è che penso che l’utilizzo di tale metodo di controllo su un esoscheletro possa essere nuovo e quindi brevettabile, pertanto vorrei innanzitutto testarlo, vedere se funziona e vedere quanto è fluido e intuitivo il comando. Se risulterà davvero valido proverò a brevettarlo.
In ogni caso, brevettabile o no, fatte le adeguate verifiche pubblicherò tutto il materiale, schemi, codici etc in modo che possiate riprodurlo senza problemi; l’idea di base di Sistemi Futuri resta sempre la stessa, ovvero quella di dare a tutti la possibilità di fare quello che si progetta e si realizza qui.

In un prossimo articolo descriverò in modo dettagliato il progetto di questo prototipo, magari con qualche foto o video relativo alla realizzazione o al suo funzionamento se sarà pronto.
In altri articoli relativi all’esoscheletro invece tratterò dello schema generale di posizionamento degli attuatori, della loro integrazione all’interno della scocca, considerazioni e stime sul consumo energetico dell’intero esoscheletro, simulazioni sullo stress strutturale dello scheletro di supporto al variare della coppia degli attuatori, analisi del rapporto ottimale coppia/peso, coppia/costo, coppia/dimensioni , e tutto quello che sarà necessario.

Adesso vi saluto, e colgo l’occasione per ringraziare tutti quelli che commentano i post, che mi scrivono e che seguono il blog. Rendete il tutto molto più bello ed entusiasmante!

Buone vacanze a tutti

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8 risposte a “Esoscheletro Iron Man (1)

  1. Come al solito ottimo lavoro. Volevo porre due domande riguardo a questo progetto, quindi il prototipo di braccio e avambraccio: Su quanto si aggirerebbe il costo totale, compreso di tutto? E come andrebbe alimentato ciò (e quindi anche di quanta alimentazione necessiterebbe un prototipo con 1/2 servomotori).
    Grazie mille

  2. Sul costo bisogna fare delle considerazioni:
    Costo del prototipo:
    20€ = scheda Arduino Uno
    10-15€ circa = servomotore di fascia bassa, io proverò prima con uno per poi montarne due, ma uno dovrebbe già andar bene.
    6€ circa = altro materiale elettronico
    tutto il resto sarà materiale riciclato, sia il metallo (io ho la fortuna di avere una piccola lastra di alluminio da cui attingere, ma va bene davvero qualsiasi cosa, distruggiamo per ricostruire :P), che eventuali fasce a strappo o altro.
    Quindi diciamo 40€ in tutto, anche se stiamo considerando la scheda Arduino che potrà essere utilizzata per altre mille cose successivamente.
    Questo prototipo sarà volutamente economico poiché lo scopo è testare se il meccanismo funziona, come migliorarlo etc.
    Probabilmente nei vari test il servo si distruggerà, quindi meglio usare modelli “da battaglia”. Stesso discorso vale per i materiali:
    Non ho intenzione di utilizzare cuscinetti o lavorare pezzi precisi al millimetro (attualmente non ho neanche gli utensili adatti a farlo), Voglio solo qualcosa di artigianale, un prototipo per verificare e eventualmente migliorare l’idea di base che c’è sotto.

    Intanto parallelamente lavoro al CAD ad una versione “professionale” dello stesso pezzo. Se funziona a dovere provvederò ad acquistare dei servomotori più prestanti (più veloci e con coppia maggiore), utilizzerò i materiali da progetto con il design da progetto (quindi massimo rapporto prestazioni/peso, affidabilità, “pulizia” intesa come essenzialità, stile magari) e integrerò il braccio nel framework “tuta”, modificando la sorgente di alimentazione, adattando il codice e così via.
    Il costo finale vero, comunque, lo fanno i servo.

    Per l’alimentazione: si potrebbero alimentare i servomotori indipendentemente con un pacco di batterie da 6V, oppure alimentarli dall’Arduino, sempre alimentando l’arduino con un pacco di batterie per rendere il tutto portatile eventualmente (arduino tollera tensioni in ingresso tra 7V e 12V senza problemi).
    L’assorbimento dipende dalle prestazioni del servo.
    Comunque una volta realizzato il prototipo redigerò una scheda con tutte le informazioni che servono: costi, materiali, tempo per realizzarlo, difficoltà, istruzioni, etc ;)

  3. ciao dottorproto…quindi vuoi fare una cosa simile a questa:
    http://postumano.com/2011/02/14/esoscheletri-i-soldati-come-i-super-eroi/
    soprattutto il video sull’hulk mi sembra quello meno complicato e meno ingombrante

    • Si, qualcosa del genere :). Comunque sicuramente andremo per step, partendo da qualcosa di più semplice (in stile hulk per esempio), per poi progredire se ne abbiamo la possibilità/capacità.

  4. Ciao, ho cominciato da poco a seguire il tuo blog. Anche io ho fantasticato parecchio sulla possibilità di creare qualcosa che si avvicinasse ad Ironman.
    Pensando al sistema di comando dell”armatura, pensavo che sarebbe possibile inserire degli accelerometri all’interno di una tuta indossata dal pilota. Con questi e un sistema di “+1/-1” rispetto al movimento del pilota, l’arduino potrebbe inviare i comandi ai servomotori della tuta. Il tutto per rendere i movimenti il più naturali possibili. Che ne dici?
    Grazie e buon lavoro.

  5. Vorrei aggiungere anche la nascita di nuovi tipi di “muscoli” artificiali quali quelli al Vanadio (ancora in progettazione, ma dei quali ho trovato la notizia : http://www.tomshw.it/cont/news/muscolo-robotico-come-quello-umano-meglio-di-terminator/52097/1.html ) e quelli fatti con nanotubi di carbonio, e paraffina (questi in fase di sviluppo, e che a mio parere andrebbero bene al nostro scopo per il fatto che hanno dei tempi di risposta molto limitati rispetto ai muscoli fluidici. Tuttavia la ricerca pare essere molto lenta, lascio anche qui il link del sito in inglese dell’università che li studia : http://www.utdallas.edu/news/2012/11/15-20871_Wax-Filled-Nanotech-Yarn-Behaves-Like-Super-Strong_article-wide.html )
    Che ne pensate?

  6. Ehi :) forse sono un po’ in ritardo, ma visto che tra poco comincerò una campagna di crowdfunding per costruire un esoscheletro, vorrei proporti la mia idea, ovvero rivalutare il muscolo ad aria.
    Innanzitutto sono di costruzione semplice ed economica (basta guardare i tutorial su YouTube). Ma soprattutto sono molto più efficienti di un pistone, perché tutta la superficie si muove per generare forza, e dato che f=p*s, trovo che siano più convenienti di un motore elettrico.
    L’unico problema sono le valvole per azionarli, che costano, e sono più complesse da farsi a casa.

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