Quantificazione del consumo metabolico dell'operatore nella robotica collaborativa

La tesi ha l’obiettivo di ricavare, mediante prove sperimentali, il costo metabolico speso da un essere umano in semplici movimenti articolari. La finalità principale di questo studio consiste nel validare, tramite i dati ricavati dalle prove, un modello matematico in grado di predire il consumo energetico di un braccio umano nello spazio. L’aspetto innovativo di tale modello è quello di trattare anche task nello spazio tridimensionale, quando i modelli proposti in letteratura si limitavano a task planari. L’utilità di tale modello è duplice: in primis può essere utilizzato come confronto tra la spesa energetica di un operatore umano e di un robot industriale, in modo da ricavare quale dei due sia più efficiente nelle diverse task operative all’interno di un’azienda e in secundis può essere utilizzato per aumentare l’ergonomia dell’operatore. Il primo capitolo si pone l’obiettivo di delineare lo stato dell’arte nell’ambito della misurazione della spesa metabolica dell’uomo in diverse applicazioni lavorative, tramite utilizzo di appositi macchinari. Il secondo capitolo consiste in una guida per l’utilizzo del metabolimetro Oxycon mobile, ovvero l’apparecchio utilizzato in questa sede per ricavare la spesa metabolica. Lo strumento misura due parametri respiratori, il consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica. Da quest’ultimi è possibile ricavare l’energia metabolica spesa dal soggetto. Nel terzo capitolo viene brevemente trattato il modello matematico sviluppato per individuare il costo energetico del braccio umano in semplici movimenti nello spazio. Il quarto capitolo è dedicato alle prove eseguite per la calibrazione del metabolimetro e la verifica della validità dei dati ricavati con tale strumento. Il quinto capitolo riguarda la descrizione delle prove ufficiali eseguite su 7 soggetti maschili (età media 25.5 anni). Essi hanno completato alcune attività in cui è stato chiesto di muovere ripetutamente gli arti superiori per ricavare il consumo energetico tramite il metabolimetro in diverse situazioni lavorative, tali movimenti sono stati progettati per isolare il più possibile i vari gruppi muscolari. Il sesto capitolo infine tratta dello studio dei dati raccolti, il calcolo della spesa energetica sviluppata nelle prove e l’utilizzo di tali risultati per tarare e affinare il modello matematico in modo da ricavare valori più veritieri. Per testare la validità di queste correzioni viene quindi eseguito un confronto con i dati raccolti in un’ulteriore prova sperimentale che simula un task di assemblaggio industriale. Infine vengono tratte le conclusioni in un apposito capitolo.