Design of a low-back exoskeleton

In industrial contexts were manual labors are still present, musculoskeletal disorders are one of the major causes of losses in productivity. In particular, low-back pain is one of the most recorded pathology. Exoskeletons seems a promising solution to prevent injuries related to repetitive and nonergonomic tasks. In this work a light-weight and economical low-back passive exoskeleton has been designed, aimed at supporting users during manual working activities. The exoskeleton is based on a scissor-hinged mechanism that tracks the motion of a reference vertebra when the user bends the trunk. Passive actuation has been realized by mean of traction springs. The device design is based on data taken from anthropometric tables. The components were manufactured using 3D-printing and CNC machining. Different prototypes were built and assembled using components available by the shelf. The device has been evaluated by different subjects and its impact on the user was measured through specific tasks were electromyographyc and kinematic data were collected and then processed.

In contesti industriali dove sono ancora presenti i lavori manuali, i disturbi muscoloscheletrici sono una delle principali cause di perdita di produttività. In particolare, la lombalgia è una delle patologie più registrate. Gli esoscheletri sembrano una soluzione promettente per prevenire lesioni legate a mansioni ripetitive e compiti in contesti non ergonomici. In questa tesi è stato progettato un esoscheletro passivo per la zona lomabre della schiena, leggero ed economico, finalizzato a supportare gli utenti durante le attività lavorative manuali. L’esoscheletro si basa su un meccanismo incernierato a forbice che segue il movimento di una vertebra di riferimento quando l’utente piega il tronco. L’attuazione passiva è stata realizzata a mezzo di molle di trazione. La progettazione del dispositivo si basa su dati tratti da tabelle antropometriche. I componenti sono stati prodotti utilizzando la stampa 3D e la lavorazione CNC. Diversi prototipi sono stati costruiti e l’assemblaggio è stato realizzato utilizzando componenti disponibili a scaffale. Il dispositivo è stato valutato da diversi soggetti e il suo impatto sull’utente è stato misurato attraverso compiti specifici dove i dati elettromiografici e cinematici sono stati raccolti e quindi elaborati.