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Introduzione

La protesi, che sostituisce totalmente la parte del corpo mancante recuperando in modo continuo la funzionalità dello specifico sistema fisiologico, costituisce un vero e proprio pezzo di ricambio con il quale la persona entra in rapporto.

L' attività di ricerca che si sta sviluppando nel Laboratorio di Robotica, Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, in collaborazione con l'INAIL, è innovativa e propositiva nel settore protesico perché coinvolge più figure professionali, dando luogo a quell’interdisciplinarietà fondamentale nell’approccio a problemi così complessi.

I caratteri che identificano il progetto del ginocchio sono l’elevata sensibilità all’innovazione riferita alla ricerca medico/ biologica/ ingegneristica, e il largo ricorso alle tecnologie avanzate (elettronica, informatica, tecnologie dei materiali, ecc.).

 

Metodologia progettuale

Le protesi possono essere suddivise in tre categorie: quelle passive, quelle passive con accumulo di energia; e quelle attive controllate dal motuleso.

L’interesse della ricerca sviluppata presso il Laboratorio è di progettare e realizzare una protesi con accumulo di energia, che permetta alla persona amputata di eseguire movimenti anche complessi e per quanto possibile simili a quelli naturali, mediante l’ausilio di cinematismi diversi, di un dispositivo di controllo idraulico o di muscoli artificiali.

L’obiettivo principale del progetto è quello di fornire un dispositivo con le desiderate caratteristiche funzionali. Il disegno della struttura meccanica sarà in funzione non solo di queste caratteristiche, ma anche di criteri di massima affidabilità.

Nell’arto inferiore il problema più importante é relativo all’entità del carico da sopportare: si devono evitare deformazioni eccessive, deformazioni permanenti, rotture e bisogna trovare un punto di scarico alternativo all’arto inferiore che sia fisiologicamente appropriato.

Due funzioni sono fondamentali per una protesi per amputato di coscia:

  • la trasmissione di carichi inerziali dalla pelvi al terreno durante la fase di appoggio
    il passaggio del piede in avanti durante la fase di pendolazione.

Due esigenze diverse che sono in corrispondenza della fase del ciclo della deambulazione:

- stabilità  (ciò richiede una geometria costante, verificata sotto l’azione di carichi relativamente elevati);
- specifica traiettoria del piede e quindi una geometria variabile.

Una protesi per una persona amputata di coscia dovrebbe consentire l’esecuzione ottimale della deambulazione con la possibilità di procedere con diverse cadenze.

 

ROTAZIONE DEL GINOCCHIO

FASE DI SWING – SLANCIO

 

 passo.jpg (4333 byte)

 Sequenza

COSCIA

angoli_passo.jpg (4294 byte)

TIBIA

    Angolo di flessione del ginocchio perché la punta del piede non tocchi Angolo un po’ inferiore Tutti e due allineati

La coscia avanza veloce con moto pendolare forzato (accelerato, poi costante e poi ritardato) la tibia segue con una minore velocità e con un angolo nella fase iniziale dello swing. In seguito la tibia accelera e si porta allineata con il femore con decelerazione smorzata.

 

Moto di slancio.

Il controllo del moto di slancio può avvenire attraverso la coscia. La coscia accelera all’inizio e rallenta alla fine.

 

 moto.jpg (8531 byte)

 La base dei tempi misura l’intervallo di mezzo passo per lo swing. La rotazione e l’intero moto sembra del tipo di legge di moto che si ha per la camma policentrica nel campo meccanico. Attraverso la coscia, si ha il vantaggio di leggere l’accelerazione angolare. Il moto della coscia AVVISA sul moto.

 

APPOGGIO DINAMICO

 

Lo stance (appoggio) è dinamico. Si hanno tre soglie. 

FORZA TIBIA PIEDE

ROTAZIONE GINOCCHIO

ACCELERAZIONE COSCIA

F

R

A

 

 appoggio.jpg (7625 byte) 

 

 Azioni durante la deambulazione

 

Schematizzazione delle azioni sull'arto

 

Laboratorio di Robotica, Via La Masa 34, Politecnico di Milano,
sede Bovisa TEL 02.2399.8407 FAX 02.2399.9492
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Marco Marino