Rehabilitation Machine for Bariatric Individuals

Obesity is known to be growing worldwide. The World Health Organization (WHO) reports that obesity has tripled since 1975. In 2016, 39% of adults over 18 years old were overweight, and 13% were obese. Obesity is mostly preventable by adopting lifestyle improvements, enhancing diet quality, and doing physical exercise. The workload of the physical exercises should be proportionate to the patient’s capabilities. However, it must be considered that obese people are not used to training; they may not endure physical exertion and, even more critically, they could have some psychological impediments to the workouts. Physical exercises and equipment must, therefore, guarantee comfort and prevent situations in which the bariatric individual may feel inadequate. For these reasons, this study aims to design an innovative system to approach simple physical activities, like leg and arm exercises, to bariatric users to enable them to recover mobility and muscle tone gradually. The leading feature of this architecture is the design of hidden exercise mechanisms to overcome the psychological barriers of the users toward these kinds of machines. This paper proposes the initial design of the main sub-systems composing the rehabilitation machine, namely the leg curl and leg extension mechanism and its control architecture, the upper body exercises system, and a series of regulation mechanisms required to accommodate a wide range of users. The proposed functional design will then lead to the development of a prototype to validate the machine

On the Suspension Design of Paquitop, a Novel Service Robot for Home Assistance Applications

The general and constant ageing of the world population that has been observed in the last decade has led robotics researchers community to focus its aims to answer the ever-growing demand for health care, housing, care-giving, and social security. Among others, the researchers at Politecnico di Torino are developing a novel platform to enhance the performance offered by present-day issues, and to assess many others which were not even taken into consideration before they have been highlighted by the pandemic emergency currently in progress. This situation, in fact, made dramatically clear how important it is to have reliable non-human operators whom one can trust when the life of elderly or weak patients is endangered by the simple presence of other people. The platform, named Paquitop, features an innovative architecture conceived for omni-directional planar motion. The machine is designed for domestic, unstructured, and variously populated environments. Therefore, the mobile robot should be able to avoid or pass over small obstacles, passing through the capability to achieve specific person tracking tasks, and arriving to the need of operating with an high dynamic performance. Given its purpose, this work addresses the design of the suspension system which enables the platform to ensure a steady floor contact and adequate stability in every using condition. Different configurations of such system are then presented and compared through use-case simulations

Position Control of a 3-CPU Spherical Parallel Manipulator

The paper presents the first experimental results on the control of a prototypal robot designed for the orientation of parts or tools. The innovative machine is a spherical parallel manipulator actuated by 3 linear motors; several position control schemes have been tested and compared with the final aim of designing an interaction controller. The relative simplicity of machine kinematics allowed to test algorithms requiring the closed-loop evaluation of both inverse and direct kinematics; the compensation of gravitational terms has been experimented as well

An Estimator for the Kinematic Behaviour of a Mobile Robot Subject to Large Lateral Slip

In this paper, the effects of wheel slip compensation in trajectory planning for mobile tractor-trailer robot applications are investigated. Firstly, a kinematic model of the proposed robot architecture is marked out, then an experimental campaign is done to identify if it is possible to kinematically compensate trajectories that otherwise would be subject to large lateral slip. Due to the close connection to the experimental data, the results shown are valid only for Epi.q, the prototype that is the main object of this manuscript. Nonetheless, the base concept can be usefully applied to any mobile robot subject to large lateral slip

La robotica sposa la sostenibilità: due esempi dal Politecnico di Torino

Il robot per l’agricoltura di precisione e la sedia a rotelle robotizzata: due esempi dal Politecnico di Torino di robotica di servizio e sostenibilità. Dagli obiettivi ONU alla progettazione, focus sulle diverse tipologie di robot e i rispettivi tassi di crescita. Da bilanciare sui bisogni di esseri umani e ambient

Design of a miniaturized work-cell for micro-manipulation

The paper describes the design and development of a miniaturised workcell devoted to the robotized micro manipulation and assembly of extremely small components, jointly carried out by the University of Brescia, University of Bergamo, University of Ancona and the Institute of Industrial Technologies and Automation of the Italian National Research Council in the framework of the project PRIN2009 MM&A, funded by MIUR. Besides analyzing theoretical and practical aspects related to the design of the work cell components (positioning and orienting devices, grippers, vision and control systems), an automated test bed for the assembly of micro pieces whose typical dimension belongs to the submillimeter scale range has been implemented. The perspective is to contribute to the realization of general automatic production systems at the moment absent for objects of these dimensions

Design of a miniaturized work-cell for micro-manipulation

The paper describes the design and development of a miniaturised workcell devoted to the robotized micro manipulation and assembly of extremely small components, jointly carried out by the University of Brescia, University of Bergamo, University of Ancona and the Institute of Industrial Technologies and Automation of the Italian National Research Council in the framework of the project PRIN2009 MM&A, funded by MIUR. Besides analyzing theoretical and practical aspects related to the design of the work cell components (positioning and orienting devices, grippers, vision and control systems), an automated test bed for the assembly of micro pieces whose typical dimension belongs to the submillimeter scale range has been implemented. The perspective is to contribute to the realization of general automatic production systems at the moment absent for objects of these dimensions

Rotational Mobility Analysis of the 3-RFR Class of Spherical Parallel Robots

none4noSpherical parallel manipulators (SPMs) are used to orient a tool in the space with three degrees of freedom exploiting the strengths of a multi-limb architecture. On the other hand, the performance of parallel kinematics machines (PKMs) is often affected by the occurrence of different kinds of singular configurations. The paper aims at characterizing a class of SPMs for which all singularities come to coincide and a single expression is able to describe all the singular configurations of the machines. The study is focused on a class of SPMs with 3-RFR topology (Revolute-Planar-Revolute pairs for each of the three limbs) addressing the mobility and singularity analysis by means of polynomial decomposition and screw theory. The neatness of the equations that are worked out, expressed in a robust formulation based on rotation invariants, allows a straightforward planning of singularity free tasks and simplifies the synthesis of dexterous machines.openCorinaldi, David; Carbonari, Luca; Palpacelli, Matteo-Claudio; Callegari, MassimoCorinaldi, David; Carbonari, Luca; Palpacelli, Matteo-Claudio; Callegari, Massim

Extended analysis of the 3CPU reconfigurable class of parallel manipulators

Negli ultimi anni il gruppo di ricerca in Robotica dell’Università Politecnica delle Marche, in Ancona, ha sviluppato due robot paralleli a mobilità ridotta: una delle macchine, chiamata I.Ca.Ro. è capace di eseguire moti di pura translazione, mentre la seconda, detta Sphe.I.Ro., dispone di una piattaforma mobile capace di moti di pura rotazione. Nonostante il loro opposto comportamento cinematico, entrambi i robot sono basati sulla stessa architettura di giunto 3-CPU, a meno di una inevitabile differenza nella disposizione reciproca dei giunti all’interno delle singole gambe. Il presente lavoro è indirizzato all’indagine di questo particolare comportamento manifestato dell’architettura parallela 3-CPU. Si cercherà dunque di approfondire le motivazioni per cui due tipi di mobilità diametralmente opposti possono essere eseguiti con una stessa architettura. In particolare l’attenzione viene focalizzata sulla possibilità di passaggio da una modalità operativa all’altra, che può avvenire attraverso un vera e propria riconfigurazione dell’assetto dei giunti all’interno della gamba, oppure attraverso il passaggio per particolari configurazioni, dette di transizione, o di switch, della piattaforma mobile. Un’analisi di questo tipo richiede lo studio approfondito delle equazioni di vincolo che regolano il sistema meccanico. Necessariamente, tali equazioni devono essere scritte con il fine di ridurre al minimo il numero di singolarità di rappresentazione e per questo motivo viene utilizzata una notazione propria della geometria algebrica, i.e. la rappresentazione di Study che consente di associare ad 8 parametri complessi una, ed una soltanto, posa di un corpo rigido nello spazio. Inoltre la rappresentazione di Study permette la scrittura delle equazioni di vincolo in forma polinomiale, caratteristica che può essere sfruttata per lo studio del sistema attraverso la sua suddivisione in sotto-problemi, più semplici da trattare, e descriventi ciascuno una particolare mobilità della macchina. Così facendo, viene dimostrata la possibilità dell’architettura 3-CPU ad operare secondo diversi tipi di mobilità, in funzione dell’attuale condizione di montaggio delle gambe. Anche il passaggio da una modalità operativa all’altra può essere investigata facendo ricorso alla natura polinomiale delle equazioni di vincolo. Infatti lo studio delle soluzioni comuni ai sotto-problemi sopra accennati permette di identificare delle condizioni, sotto forma di equazioni, che gli spostamenti dei giunti attuati devono rispettare affinchè la transizione avvenga. Il passaggio da un modo di lavoro all’altro non può che passare attraverso configurazioni singolari della macchina dato che le gambe devono potersi opportunamente riconfigurare. Questo consente di affermare che le condizioni matematiche di passaggio trovate coincidono con le superfici dette di singolarità del robot e che, storicamente, vengono ndividuate attraverso l’azzeramento del determinante della matrice Jacobiana, entità geometrica definita dalla cinematica di velocità della piattaforma. Al fine di operare un confronto tra i due metodi di individuazione delle superfici di singolarità, la cinematica differenziale della macchina viene formulata attraverso un approccio basato sulla teoria dei torsori cinematici, o screw theory. Il valore del determinante della matrice Jacobiana consente poi di quantificare le prestazioni della macchina all’interno dello spazio di lavoro delimitato dalle superfici in cui questo parametro si annulla. Il confronto diretto del determinante del Jacobiano con le condizioni di switch precedentemente individuate permette la formulazione matematica esatta di questi luoghi di punti. Va sottolineato che per la stessa natura del manipolatore, tale operazione non sarebbe possibile tramite il solo studio della cinematica differenziale. La cinematica di posizione del robot, infatti, non è computabile in forma chiusa nonostante tutte le 8 soluzioni ammissibili per ogni configurazione degli attuatori siano note. Ciò impedisce la formulazione matematica esatta delle superfici singolari che, invece, viene fornita in maniera semplice e completa dallo studio delle condizioni di passaggio tra mobilità diverse. In ultimo, viene formulata la dinamica di una delle possibili configurazioni studiate nel corso della trattazione. Le equazioni che costituiscono il modello vengono scritte sfruttando il principio dei lavori virtuali. Tale approccio si rivela di notevole efficienza computazionale nel caso specifico della robotica dato che un campo di spostamenti virtuali di un qualsiasi membro della macchina può essere correlato allo spostamento compiuto dai manipolatori grazie alla cinematica differenziale. Una breve analisi, dopo un’opportuna verifica, viene successivamente effettuata sulle equazioni scritte

The kinematotropic 3-CPU parallel robot: analysis of mobility and reconfigurability aspects

This paper investigates the mobility analysis of a 3-CPU parallel machine, aiming at checking the possibility to perform both pure rotational and pure translational motions. Machine kinematics is formalized by taking advantage of algebraic geometry principles that allow extracting the necessary constraint equations in form of polynomial ideals. The analysis of the sub-ideals deriving from the decomposition of the starting constraint equations yields the conclusion that several kinds of motion are actually achievable by the same 3-CPU architecture. Among them, pure rotational and pure translational mobilities are present. Finally, the existence of machine configurations allowing the transition between such modes is proved and the related poses are explicitly worked out