Modular software architecture for assistive and rehabilitative exoskeletons : a proof of concept

Exoskeletons are increasingly being used for rehabilitation and assistance of people with disability. Indeed, robots are designed in order to be patient-specific and to provide an effective treatment and support in daily activities. However, current exoskeleton designs are mostly all-in-one solutions, from low-level physical hardware, to high-level software functionalities. This is not ideal for continuously evolving scenarios like rehabilitation and assistance. Instead, it could be more convenient to individually and independently develop the different components of the system, choosing and connecting them afterwards through a common platform. For this purpose, a proof of concept for a modular software architecture for exoskeletons has been implemented, using ROS platform and a set of compatible and standard frameworks. To assess system modularity, the components of the architecture are individually and collectively tested, using a test-bench and BRIDGE – an upper-limb assistive exoskeleton. Results show that the architecture components are all capable of performing their function, regardless of the implementation choice. Adoption of standardized frameworks and modular design strategies can help researchers concentrating their expertise on tasks they are proficient in, allowing future solutions to become more robust, reusable and adaptable.

Gli esoscheletri sono sempre più utilizzati per la riabilitazione e l’assistenza di persone con disabilità: possono infatti essere progettati a misura del paziente, e al contempo fornire un trattamento e un supporto efficaci nelle attività quotidiane. Tuttavia, gli attuali esoscheletri sono per lo più progettati in un’unica soluzione fissa – dall’hardware fisico a basso livello, alle funzionalità software di alto livello. Questo non è ideale per scenari in continua evoluzione come la riabilitazione e l’assistenza. Potrebbe invece essere più conveniente sviluppare indipendentemente i diversi componenti del sistema, scegliendoli e collegandoli successivamente attraverso una piattaforma comune. In questo progetto è stato implementato un proof-of-concept per un’architettura software modulare per esoscheletri, utilizzando la piattaforma ROS e un insieme di framework compatibili e standard. Per valutare la modularità del sistema, i componenti dell’architettura sono stati testati sia indipendentemente che collettivamente, utilizzando un banco prova e BRIDGE – un esoscheletro assistivo per arto superiore. I risultati mostrano che i componenti dell’architettura sono tutti in grado di svolgere la propria funzione, indipendentemente dalla scelta implementativa. L’adozione di framework standardizzati e una strategia di progettazione modulare possono aiutare i ricercatori a concentrare le proprie competenze nei settori in cui sono più esperti, consentendo alle soluzioni future di risultare più robuste, riutilizzabili e adattabili.