ITPI20150027A1

ITPI20150027A1 - Sistema esoscheletrico ad alta ergonomia per l'arto superiore

Info

Publication number: ITPI20150027A1
Application number: ITPI2015A000027A
Authority: IT
Inventors: Marco Cempini; Francesco Giovacchini; Nicola Vitiello
Original assignee: Azienda Ospedaliera Pisana; Scuola Superiore S Anna
Priority date: 2015-04-11
Filing date: 2015-04-11
Publication date: 2016-10-11
Also published as: WO2016166652A1; EP3283038B1; US20180071163A1; US11540969B2; EP3283038A1; US20200352813A1; US10736809B2

Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo ?Sistema esoscheletrico ad alta ergonomia per l'arto superiore?

DESCRIZIONE

Ambito dell?invenzione

La presente invenzione riguarda una struttura di esoscheletro per la riabilitazione di un arto di un utente.

In particolare, l?invenzione riguarda un giunto cilindrico per l?attuazione di una torsione di un segmento longitudinale di un arto di un utente.

Descrizione della tecnica nota

Nello stato dell'arte sono presenti numerosi tentativi di realizzare ortesi attive per l'arto superiore e inferiore. In particolare, si parla in maniera generica di "esoscheletri" indicando sistemi robotizzati a giunti mobili che possono essere fisicamente indossati (o messi in stretto contatto fisico) con gli utenti che li devono manovrare.

Tutti questi sistemi utilizzano attuatori di tipo elettro-meccanico (motori elettromagnetici con stadi di riduzione della velocit? dei giunti in uscita). Le principali motivazioni allo sviluppo di tali sistemi derivano dalla necessit? della robotica di generare un incremento delle prestazioni fisiche di un operatore, di permettere una manipolazione remota di sistemi e di offrire una riabilitazione a pazienti con deficit motori. In particolare, soprattutto per quanto riguarda la riabilitazione, i dispositivi presentati sono spesso a base fissa, in quanto l'uso prospettato non richiede una mobilit? libera o un'ambulazione dell'utente.

Nello sviluppo di questi sistemi, si presentano notevoli difficolt? dal punto di vista di accoppiamento cinematico fra il sistema robotico e la persona, che portano anche a difficolt? di indossabilit? e di accettabilit?. In particolare, il principale scoglio allo sviluppo di un sistema efficace risiede nella sua architettura meccanica.

Per il lato controllo, sensori ed elettronica infatti, le moderne tecnologie mettono a disposizione una gamma di dispostivi sempre pi? miniaturizzati ed efficaci, che, unitamente alla possibilit? di disporre molti componenti in posizione remota dallo user, rendono meno critiche svariate scelte progettuali. Altrettanto, invece non pu? dirsi della parte cinematica e meccanica in quanto il corretto accoppiamento dei giunti e la corretta vestibilit? svolgono un effetto cruciale sull'accettabilit? e sulla sicurezza del dispositivo. Nella fattispecie nello sviluppo di un?ortesi attiva per l'arto superiore, vanno ad influire numerose considerazioni:

- posizione degli elementi attuatori rispetto al corpo della persona;

- meccanismo di trasmissione dell?azione assistiva; - numero e posizionamento di gradi di libert? passivi propri dell?ortesi;

- numero e posizionamento di elementi di adattamento del dispositivo a differenti antropometrie degli utilizzatori (questa caratteristica assume particolare importanza nel caso in cui lo stesso dispositivo debba essere utilizzato da soggetti diversi);

- trasmissione del moto in movimenti tridimensionali.

In particolare, i meccanismi di attuazione dedicati alla mobilit? di un segmento longitudinale di un arto superiore (braccio e avanbraccio) o inferiore (coscia e gamba) presentano un notevole problema per quanto riguarda l?attuazione di una torsione dello stesso. Infatti, tale attuazione deve provocare una rotazione relativa tra una prima e una seconda porzione del segmento longitudinale intorno ad un asse longitudinale sostanzialmente coincidente con il relativo osso interno (omero e ulna per l?arto superiore, femore e tibia per l?arto inferiore).

Poich? tale rotazione non pu? essere provocata da un motore allineato con l?asse dell?osso interno, per esigenze di ingombro o interferenza con altri segmenti corporei, tale attuazione deve essere realizzata mediante un sistema attuativo a centri remoti, utilizzando, ad esempio, giunti cilindrici composti da cilindri concentrici atti a ruotare relativamente mediante cuscinetti interposti, elementi struscianti o slitte con binari circolari, di diametro uguale o superiore a quello dell?arto.

Tuttavia, questo tipo di sistemi comporta notevoli svantaggi, in quanto risultano sistemi costosi, sia nella realizzazione sia nella manutenzione, poco affidabili, in quanto composti da molti componenti che possono guastarsi, e soprattutto scomodi per l?utente, in quando sono pesanti ed ingombranti.

Sintesi dell?invenzione

? quindi scopo della presente invenzione fornire una catena cinematica che realizzi un sistema di attuazione a centri remoti, permettendo di attuare una rotazione relativa tra due elementi concentrici senza bisogno di porre un motore sull?asse di rotazione.

? anche scopo della presente invenzione fornire una siffatta catena cinematica che non necessiti di cuscinetti interposti, elementi struscianti o slitte con binari circolari, di diametro uguale o superiore a quello dell?arto umano.

? inoltre scopo della presente invenzione fornire una struttura di esoscheletro per la riabilitazione di un arto di un utente che utilizzi tale catena cinematica per attuare un movimento di torsione di un segmento longitudinale di un arto di un utente.

? ancora scopo della presente invenzione fornire una suddetta struttura di esoscheletro che sia pi? economico, affidabile e comodo rispetto ai dispositivi di tecnica nota.

? un ulteriore scopo della presente invenzione fornire una suddetta struttura di esoscheletro che permetta di attuare i movimenti di flesso-estensione e di abdo-adduzione di un'articolazione superiore di un utente senza generare forze parassite sulle articolazioni dell'utente.

? ancora scopo della presente invenzione fornire una suddetta struttura di esoscheletro che possa adattarsi a differenti antropometrie di un utente.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da una catena cinematica atta a connettere girevolmente un primo elemento ad un secondo elemento, detto primo elemento comprendendo due punti di incernieramento A1 e B1 posti ad una distanza ?-1?-1, detto secondo elemento comprendendo due punti di incernieramento A2 e B2 posti ad una distanza A2B2 r detta catena cinematica comprendendo:

un primo link esterno girevolmente connesso al primo elemento in corrispondenza del punto di incernieramento A 1;

? un primo link di estremit? girevolmente connesso al primo link esterno in corrispondenza di un punto di incernieramento Dl r detto punto di incernieramento D ^ essendo posto ad una distanza A1D1 dal punto di incernieramento A1;

? un secondo link esterno girevolmente connesso al secondo elemento in corrispondenza del punto di incernieramento A2;

? un secondo link di estremit? girevolmente connesso al secondo link esterno in corrispondenza di un punto di incernieramento D2, detto punto di incernieramento D2 essendo posto ad una distanza A2D2 dal punto di incernieramento A2;

? un primo link intermedio girevolmente connesso al primo elemento in corrispondenza del punto di incernieramento e solidalmente connesso al secondo link di estremit? in corrispondenza di un punto di incastro C2;

? un secondo link intermedio girevolmente connesso al secondo elemento in corrispondenza del punto di incernieramento B2 e solidalmente connesso al primo link di estremit? in corrispondenza di un punto di incastro C1;

detti primo e secondo link di estremit? essendo girevolmente connessi tra loro in corrispondenza di un punto di incernieramento M, detto punto di incernieramento M essendo posto ad una distanza MB1 dal punto di incernieramento B1 r ad una distanza MB2 dal punto di incernieramento B2, ad una distanza MD1 dal punto di incernieramento D1 e ad una distanza MD2 dal punto di incernieramento D2

la cui caratteristica principale ? che i punti Al r Bl r M, D1 formano i vertici di un primo parallelogramma articolato in cui MB1 = A1Dl r MD1 = A1B1 e in cui il primo link esterno e il primo link di estremit? formano un angolo = ?1

e che i punti A2, B2, M, D2 formano i vertici di un secondo parallelogramma articolato in cui MB2 = A2D2, MD2 = A2B2 e in cui il secondo link esterno e il secondo link di estremit? formano un angolo D2 = ? 2,

per cui per qualsiasi valore di ?1 o di ?2 le proiezioni dei punti di incernieramento Al r Bl r A2, B2 giacciono su una circonferenza K avente centro 0 e raggio r= A1D1 = A2D2 = D1B2 = MB2 = D2Bi= MBl r in modo tale che diminuendo il valore di ?1 e conseguentemente il valore di ?2, o il valore di ?2, e conseguentemente il valore di 01 il primo e il secondo elemento ruotano l'uno rispetto all'altro intorno ad un asse ortogonale alla circonferenza K e passante per il centro 0 nel verso per cui il punto A1 si sovrappone al punto B2 e il punto B1 si sovrappone al punto A2 .

In particolare, il primo e il secondo elemento hanno forma arcuata con raggio di curvatura r e centro di curvatura 0, in modo tale che variando ?1 o ?2 il primo e il secondo elemento ruotino l'uno rispetto all'altro attorno ad un asse ortogonale alla circonferenza K e passante per il centro di curvatura 0 .

Vantaggiosamente, ? previsto un dispositivo di attuazione atto a variare il valore dell'angolo ?1 in particolare detto dispositivo di attuazione comprendendo almeno un motore.

Il vantaggio principale della catena cinematica secondo la presente invenzione rispetto a giunti cilindrici di tecnica nota risiede nel fatto che ? possibile attuare la rotazione relativa tra gli elementi portando in rotazione uno qualsiasi dei link rispetto ad un link ad esso incernierato, variando proporzionalmente tutti gli angoli compresi tra link incernierati fra loro.

? dunque possibile, ottenere un giunto cilindrico che porta in rotazione fra loro elementi complanari o disposti su piani paralleli non necessitando l?accesso all?asse rispetto al quale si vuole effettuare la rotazione, ma semplicemente effettuando una rotazione della catena cinematica intorno ad un qualsiasi asse ortogonale al piano contenente la circonferenza K e passante per uno dei centri remoti costituiti dai punti di incernieramento sopradetti.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, una struttura di esoscheletro per la riabilitazione di un?articolazione di un arto di un utente comprende:

- un primo e un secondo elemento di impegno atti ad impegnarsi ad un arto di un utente in corrispondenza di un segmento longitudinale avente un asse longitudinale;

- un giunto cilindrico atto a provocare una rotazione relativa tra il primo e il secondo elemento di impegno sostanzialmente intorno all?asse longitudinale;

la cui caratteristica principale ? che il giunto cilindrico comprende la catena cinematica secondo la presente invenzione, detto primo elemento comprendendo il primo elemento di impegno e detto secondo elemento comprendendo il secondo elemento di impegno.

In particolare, gli elementi di impegno sono posti su piani paralleli in modo tale che le proiezioni ortogonali al oglio dei punt A1 B1,C1,D1 giacciano sulla medesima circonferenza K avente centro O raggio In tal caso, dunque, il giunto cilindrico permette la rotazione tra i due elementi di impegno intorno ad un asse passante per i centri di curvatura dei due elementi impegno stessi.

Vantaggiosamente, il primo e il secondo elemento di impegno sono atti ad impegnarsi al braccio di un utente ad altezze diverse e il giunto cilindrico ? atto a provocare una rotazione relativa tra il primo e il secondo elemento di impegno sostanzialmente intorno all?asse dell?omero dell?utente.

In particolare, ? inoltre previsto un dispositivo esoscheletrico per la spalla comprendente:

- una prima flangia girevolmente impegnata alla spalla di un utente in corrispondenza di un asse di abdo-adduzione x ortogonale alla prima flangia stessa;

- una seconda flangia solidale e sostanzialmente ortogonale alla prima flangia, detta seconda flangia essendo girevolmente impegnata al secondo elemento di impegno in corrispondenza di un asse di flesso-estensione y ortogonale all?asse di abdo-adduzione x.

In particolare, la prima flangia ? girevolmente connessa alla spalla di un utente mediante un link di connessione avente una prima estremit?, connessa alla prima flangia in corrispondenza dell?asse di abdo-adduzione x mediante un giunto rotoidale, e una seconda estremit?, connessa mediante un giunto sferico ad una fascia di impegno atta ad impegnarsi al torso dell?utente.

In particolare, il dispositivo esoscheletrico per la spalla comprende inoltre:

- un primo motore avente asse di rotazione parallelo all?asse di abdo-adduzione x, detto primo motore essendo atto a provocare la rotazione della prima flangia attorno all?asse di abdo-adduzione x;

- un secondo motore avente asse di rotazione parallelo all?asse di abdo-adduzione x, detto secondo motore essendo atto a provocare una rotazione relativa tra la seconda flangia e il secondo elemento di impegno

In particolare, la rotazione provocata dal secondo motore ? trasmessa mediante cavi, catene, cinghie o altri elementi flessibili, ingrananti su pulegge o pignoni, che trasmettono la rotazione tra due assi ortogonali.

Vantaggiosamente, ? inoltre previsto un dispositivo esoscheletrico per il gomito comprendente:

- un elemento di supporto vincolato al primo elemento di impegno mediante mezzi di regolazione;

- un terzo elemento di impegno atto ad impegnarsi ad un arto di un utente in corrispondenza dell?avambraccio, detto terzo elemento di impegno essendo rotoidalmente vincolato all?elemento di supporto.

In particolare, i mezzi di regolazione comprendono: - una slitta atta a permettere una regolazione assiale della posizione relativa tra l?elemento di supporto e l?elemento di impegno;

- un vincolo rotoidale atto a permettere una regolazione rotazionale della posizione relativa tra l?elemento di supporto e l?elemento di impegno. In tal modo ? possibile adattare la struttura di esoscheletro a differenti misure antropometriche di un utente.

Vantaggiosamente, l?elemento di supporto comprende un motore atto a provocare una rotazione del terzo elemento di impegno rispetto all?elemento di supporto, in particolare detta rotazione essendo trasmessa mediante una coppia di ruotismo dentato ad assi ortogonali, come ruote coniche, vite/madrevite o ruote dentate elicoidali ad assi ortogonali non incidenti.

In particolare, ? inoltre prevista una base di supporto comprendente:

- una piattaforma di ancoraggio a terra comprendente un albero di sostegno;

- un parallelogramma articolato comprendente due aste parallele incernierate all?albero di sostegno e ad un elemento di estremit?, detto elemento di estremit? essendo girevolmente connesso alla prima flangia in corrispondenza dell?asse di abdoadduzione x.

In particolare, il parallelogramma articolato pu? anche ruotare intorno ad assi verticali sia rispetto all?albero di sostegno, sia rispetto alla prima flangia.

Vantaggiosamente, le aste parallele sono connesse ad un contrappeso che controbilancia il peso della struttura esoscheletrica facendo perno sui punti di incernieramento tra le aste parallele e l?albero di sostegno.

In particolare, la piattaforma di ancoraggio ? provvista di ruote che permettono la movimentazione e il riposizionamento della base di supporto, in modo da garantire la massima libert? di movimento all?utente.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiari con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 mostra lo schema geometrico di una catena cinematica, secondo la presente invenzione, per la rotazione relativa fra due elementi, mediante attuazione a centri remoti;

- la figura 2 mostra, in pianta, una possibile forma realizzativa di un giunto cilindrico che fa uso della catena cinematica di figura 1;

- le figure 3A e 3B mostrano, secondo differenti prospettive, il giunto cilindrico di figura 2; - la figura 4 mostra, in pianta, una possibile forma realizzativa di una struttura di esoscheletro per la riabilitazione di un?articolazione di un arto di un utente, che integra la catena cinematica secondo la presente invenzione;

- le figure 5A e 5B mostrano, secondo differenti prospettive, la struttura di esoscheletro di figura 4;

- la figura 6 mostra, in vista prospettica, una forma realizzativa alternativa alla struttura di esoscheletro di figura 4, in cui sono inoltre compresi dispositivi esoscheletrici per la spalla e per il gomito;

? la figura 7 mostra, in vista prospettica, una forma realizzativa alternativa della struttura di esoscheletro di figura 6, in cui ? inoltre compresa una base di supporto mobile.

Descrizione di alcune forme realizzative preferite In figura 1 ? mostrato uno schema geometrico della catena cinematica 100, secondo la presente invenzione, atta a permettere la rotazione relativa tra due elementi 101,102 mediante un sistema a centri remoti.

In particolare, il primo elemento 101 comprende due punti di incernieramento A1 e B1 posti ad una distanza ?-1?-1, mentre il secondo elemento 102 comprende due punti di incernieramento A2 e B2 posti ad una distanza A2B2. Sono poi previsti due link esterni 111,112 incernierati agli elementi 101,102, rispettivamente, in corrispondenza dei punti di incernieramento A1 e A2. Due link di estremit? 121,122 sono quindi incernierati ai link esterni 111,112, rispettivamente, in corrispondenza di punti di incernieramento D 1 e D2 r ed inoltre sono incernierati fra loro in corrispondenza di un punto di incernieramento M . Infine, due link intermedi 131,132 sono incernierati agli elementi 101,102, rispettivamente, in corrispondenza dei punti di incernieramento B-1 e B2, ed inoltre sono solidalmente connessi ai link di estremit? 121,122, rispettivamente, in corrispondenza di punti di incastro C1 e C2.

Dimensionando opportunamente le distanze fra i vari punti sopradetti in maniera tale che si abbia MB1 = A1D1 MD1 = A1Bl r MB2 <= >A2D2, MD2 = A2B2 r la catena cinematica 100 risulta la combinazione di due parallelogrammi articolati, in cui, in particolare, i punti A1 B1 f M, D1 formano i vertici di un primo parallelogramma articolato, mentre i punti A2, B2, M, D2 formano i vertici di un secondo parallelogramma articolato.

Definendo D1= ?1 l'angolo acuto formato dai link 111,121 e D2 = ?2 l'angolo acuto formato dai link 112,122, da semplici considerazioni geometriche ? possibile verificare che una variazione qualsiasi dei valori di ?1 o di ?2 mantiene costantemente i punti Al f Bl f A2, B2 su una circonferenza K avente centro 0 e raggio r = A-D1 = A2D2 = DiB2 <= >MB2 = D2B1 = MB1 .

In particolare, essendo i punti A1 e B1 solidali all'elemento 101 e i punti A2 e B2 solidali all'elemento 102, ? possibile verificare che diminuendo il valore di ?1 e conseguentemente il valore di ?2, o il valore di ?2, e conseguentemente il valore di ?1 gli elementi 101,102 ruotano uno rispetto all'altro intorno al centro 0 nel verso per cui il punto A1 si sovrappone al punto B2 e il punto B1 si sovrappone al punto A2 sulla circonferenza K.

Nonostante in figura 1, per chiarezza espositiva, si sia scelto di porre MD1 = MD2 e A1B1 = A2B2 r tuttavia risulta immediato dimostrare, sia algebricamente che geometricamente, che se fosse MD1 ? MD2 e AyBy ? A2B2 le suddette considerazioni geometriche sarebbero analoghe.

In particolare, il primo e il secondo elemento 101,102 hanno forma arcuata con raggio di curvatura r e centro di curvatura 0, in modo tale che variando 0y o ?2 il primo e il secondo elemento 101,102 ruotino l'uno rispetto all'altro attorno ad un asse perpendicolare al foglio e passante per il centro di curvatura 0.

Nelle figure 2, 3A e 3B, ? mostrata una possibile forma realizzativa della catena cinematica 100. In particolare, in tale forma realizzativa gli elementi 101 e 102 sono posti su piani paralleli in modo tale che le proiezioni ortogonali al foglio dei punti A1 B1 A2, B2 giacciano sulla medesima circonferenza K avente centro 0 e raggio r. In tal caso, dunque, la catena cinematica 100 realizza un giunto cilindrico che permette la rotazione tra i due elementi 101 e 102 intorno ad un asse passante per i centri di curvatura dei due elementi 101 e 102.

In particolare, in figura 2 ? mostrata una rotazione dell'elemento 102 rispetto all'elemento 101 che rimane fisso. Le linee tratteggiate mostrano la posizione della catena cinematica 100 in conseguenza di un aumento dell'angolo ?1. ? possibile vedere lo slittamento dei punti A2, B2, C1 D1 r C2, D2 M nei corrispondenti punti A2, B2, C1, D1, C2, D2, ?' .

Il vantaggio principale della catena cinematica 100 rispetto a giunti cilindrici di tecnica nota risiede nel fatto che ? possibile attuare la rotazione relativa tra gli elementi 101 e 102 portando in rotazione uno qualsiasi dei link 111,121,131,112,122,132 rispetto ad un link ad esso incernierato, variando proporzionalmente tutti gli angoli compresi tra link incernierati fra loro.

? dunque possibile, ottenere un giunto cilindrico che porta in rotazione fra loro elementi complanari o disposti su piani paralleli non necessitando l'accesso all'asse rispetto al quale si vuole effettuare la rotazione, ma semplicemente effettuando una rotazione della catena cinematica intorno ad un qualsiasi asse ortogonale al piano contenente la circonferenza K e passante per uno dei centri remoti costituiti dai punti di incernieramento sopradetti.

Nelle figure 4, 5A e 5B ? mostrata una struttura di esoscheletro per la riabilitazione di un'articolazione di un arto di un utente che fa uso di un giunto cilindrico 100? comprendente la catena cinematica 100 sopra descritta.

In particolare, i due elementi di impegno 101? e 102? sono atti ad impegnarsi ad un arto di un utente in corrispondenza di un segmento longitudinale, come ad esempio un braccio, un avambraccio, una coscia o una gamba. Vantaggiosamente, gli elementi di impegno 101? e 102? sono atti ad impegnarsi in corrispondenza di due porzioni poste ad altezze differenti lungo l?asse longitudinale del segmento anatomico.

Inoltre, la struttura di esoscheletro comprende un motore 150? configurato per attuare il giunto cilindrico 100?, in modo tale da far compiere una rotazione relativa agli elementi di impegno 101? e 102?, realizzando cos? una torsione del segmento anatomico attorno al proprio asse.

Pi? in dettaglio, nella forma realizzativa di figure 4, 5A e 5B gli elementi di impegno 101? e 102? possono essere impegnati al braccio di un utente ad altezze diverse, in modo tale che il motore 150? possa attuare una torsione del braccio intorno ad un asse sostanzialmente passante per l?omero dell?utente.

L?utilizzo della catena cinematica 100 all?interno della struttura di esoscheletro sopra descritta permette di attuare la torsione del braccio tramite un motore posto in remoto, senza bisogno di elementi di strusciamento o di elementi di impegno che avvolgano interamente il braccio dell?utente risultando scomodi e pesanti, oltre che di difficile indossaggio e manutenzione.

In figura 6 ? mostrata la struttura di esoscheletro delle figure precedenti, in cui sono inoltre previsti un dispositivo esoscheletrico per la spalla 200 e un dispositivo esoscheletrico per il gomito 300.

In particolare, il dispositivo esoscheletrico per la spalla 200 comprende una prima flangia 210 girevolmente impegnata alla spalla di un utente in corrispondenza di un asse di abdo-adduzione x. In particolare, ? previsto un link di connessione 230 avente una prima estremit? 231, connessa alla prima flangia 210 in corrispondenza dell?asse di abdoadduzione x mediante un giunto rotoidale, e una seconda estremit? 232, connessa mediante un giunto sferico ad una fascia di impegno atta ad impegnarsi al torso dell?utente. Il dispositivo esoscheletrico per la spalla 200 comprende poi una seconda flangia 220, solidale e sostanzialmente ortogonale alla prima flangia 210, e girevolmente impegnata al secondo elemento di impegno 102? in corrispondenza di un asse di flesso-estensione y ortogonale all?asse di abdoadduzione x.

Il dispositivo esoscheletrico per la spalla 200 comprende inoltre un primo motore 240 avente asse di rotazione coincidente con l?asse di abdo-adduzione x, in modo da provocare la rotazione della prima flangia 210 attorno all?asse di abdo-adduzione x. ? previsto inoltre un secondo motore 250, avente asse di rotazione parallelo all?asse di abdo-adduzione x, e atto a provocare una rotazione relativa tra la seconda flangia 220 e il secondo elemento di impegno 102?. In particolare la rotazione ? trasmessa mediante cavi, catene, cinghie o altri elementi flessibili, ingrananti su pulegge o pignoni,che trasmettono la rotazione tra due assi ortogonali, come mostrato in figura 6. Il vantaggio di porre i due motori 240,250 entrambi sulla prima flangia 210 risiede nel fatto di ridurre il momento di inerzia durante la rotazione attorno all?asse di abdo-adduzione x.

Ancora con riferimento alla figura 6, il dispositivo esoscheletrico per il gomito 300 comprende un elemento di supporto 310 vincolato al primo elemento di impegno 101? mediante mezzi di regolazione. Il dispositivo esoscheletrico per il gomito 300 comprende inoltre un terzo elemento di impegno 320, rotoidalmente vincolato all?elemento di supporto 310, e atto ad impegnarsi ad un arto di un utente in corrispondenza dell?avambraccio.

In particolare, i mezzi di regolazione comprendono una slitta 311 e un vincolo rotoidale 312 atti a permettere una regolazione, rispettivamente, assiale e rotazionale della posizione relativa tra l?elemento di supporto 310 e l?elemento di impegno 101?. In tal modo ? possibile adattare la struttura di esoscheletro a differenti misure antropometriche di un utente.

Vantaggiosamente, elemento di supporto 310 comprende un motore 315 atto a provocare una rotazione di detto terzo elemento di impegno 320 rispetto a detto elemento di supporto 310, in particolare detta rotazione essendo trasmessa mediante una coppia di ruotismo dentato ad assi ortogonali, come ruote coniche, vite/madrevite o ruote dentate elicoidali ad assi ortogonali non incidenti.

In figura 7 ? mostrata la struttura di esoscheletro delle figure precedenti, in cui ? inoltre prevista una base di supporto 400 comprendente una piattaforma di ancoraggio a terra 410 provvista di un albero di sostegno 411. La base di supporto comprende inoltre un parallelogramma articolato 420 formato da due aste parallele 421,422 incernierate all?albero di sostegno 411 e ad un elemento di estremit? 425 girevolmente connesso alla prima flangia 210 in corrispondenza dell?asse di abdo-adduzione x.

In particolare, il parallelogramma articolato 420 pu? anche ruotare intorno ad assi verticali sia rispetto all?albero di sostegno, sia rispetto alla prima flangia.

In particolare, la piattaforma di ancoraggio ? provvista di ruote che permettono la movimentazione e il riposizionamento della base di supporto 400, in modo da garantire la massima libert? di movimento all?utente.

La descrizione di cui sopra di alcune forme realizzative specifiche ? in grado di mostrare l?invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Catena cinematica (100) atta a connettere girevolmente un primo elemento (101) ad un secondo elemento (102), detto primo elemento (101) comprendendo due punti di incernieramento A1 e B1 posti ad una distanza ?1?1, detto secondo elemento (102) comprendendo due punti di incernieramento A2 e B2 posti ad una distanza A2B2 r detta catena cinematica (100) comprendendo: ? un primo link esterno (111) girevolmente connesso a detto primo elemento (101) in corrispondenza di detto punto di incernieramento A1; ? un primo link di estremit? (121) girevolmente connesso a detto primo link esterno (111) in corrispondenza di un punto di incernieramento D1 detto punto di incernieramento D1 essendo posto ad una distanza A1D1 da detto punto di incernieramento Ai ; ? un secondo link esterno (112) girevolmente connesso a detto secondo elemento (102) in corrispondenza di detto punto di incernieramento A2 ; ? un secondo link di estremit? (122) girevolmente connesso a detto secondo link esterno (112) in corrispondenza di un punto di incernieramento D2 r detto punto di incernieramento D2 essendo posto ad una distanza A2D2 da detto punto di incernieramento A2; ? un primo link intermedio (131) girevolmente connesso a detto primo elemento (101) in corrispondenza di detto punto di incernieramento e solidalmente connesso a detto secondo link di estremit? (122) in corrispondenza di un punto di incastro C2; ? un secondo link intermedio (132) girevolmente connesso a detto secondo elemento (102) in corrispondenza di detto punto di incernieramento B2 e solidalmente connesso a detto primo link di estremit? (121) in corrispondenza di un punto di incastro C^; detti primo e secondo link di estremit? (121,122) essendo girevolmente connessi tra loro in corrispondenza di un punto di incernieramento M, detto punto di incernieramento M essendo posto ad una distanza MB1 da detto punto di incernieramento Bl r ad una distanza MB2 da detto punto di incernieramento B2 r ad una distanza MD1 da detto punto di incernieramento D1 e ad una distanza MD2 da detto punto di incernieramento D2 r detta catena cinematica (100) essendo caratterizzata dal fatto che detti punti A1 B1 M, D1 formano i vertici di un primo parallelogramma articolato in cui MBy = AyD1 MD1 = AyB1 e in cui detti link (111,121) formano un angolo D1 = ?1 e dal fatto che detti punti A2, B2, M, D2 formano i vertici di un secondo parallelogramma articolato in cui MB2 = A2D2 r MD2 = A2B2 e in cui detti link (112,122) formano un angolo D2 = ?2, per cui per qualsiasi valore di ?1 o di ?2 le proiezioni di detti punti di incernieramento Al r Bl r A2, B2 giacciono su una circonferenza K avente centro 0 e raggio r = AyDy = A2D2 = DyB2 = MB2 = D2By = MBl r in modo tale che diminuendo il valore di ?l f e conseguentemente il valore di ?2, o il valore di ?2, e conseguentemente il valore di ?1 detti primo e secondo elemento (101,102) ruotano l'uno rispetto all'altro intorno ad un asse ortogonale a detta circonferenza K e passante per detto centro 0 nel verso per cui detto punto Ay si sovrappone a detto punto B2 e detto punto By si sovrappone a detto punto A2 .
2. Catena cinematica (100), secondo la rivendicazione 1, in cui ? previsto un dispositivo di attuazione atto a variare il valore di detto angolo ?1 in particolare detto dispositivo di attuazione comprendendo almeno un motore.
3. Struttura di esoscheletro per la riabilitazione di un?articolazione di un arto di un utente, detta struttura comprendendo: - un primo e un secondo elemento di impegno (101?,102?) atti ad impegnarsi ad un arto di un utente in corrispondenza di un segmento longitudinale avente un asse longitudinale; - un giunto cilindrico (100?) atto a provocare una rotazione relativa tra detti primo e secondo elemento di impegno (101?,102?) sostanzialmente intorno a detto asse longitudinale; detta struttura di esoscheletro essendo caratterizzata dal fatto che detto giunto cilindrico (100?) comprende la catena cinematica (100) secondo le rivendicazioni 1 e 2, detto primo elemento (101) comprendendo detto primo elemento di impegno (101?) e detto secondo elemento (102) comprendendo detto secondo elemento di impegno (102?).
4. Struttura di esoscheletro, secondo la rivendicazione 3, in cui detti primo e secondo elemento di impegno (101?,102?) sono atti ad impegnarsi al braccio di un utente e in cui detto giunto cilindrico (100?) ? atto a provocare una rotazione relativa tra detti primo e secondo elemento di impegno (101?,102?) sostanzialmente intorno all?asse dell?omero di detto utente, e in cui ? inoltre previsto un dispositivo esoscheletrico per la spalla (200) comprendente: - una prima flangia (210) girevolmente impegnata al torso di un utente in corrispondenza di un asse di abdo-adduzione x ortogonale a detta prima flangia (210); - una seconda flangia (220) solidale e sostanzialmente ortogonale a detta prima flangia (210), detta seconda flangia (220) essendo girevolmente impegnata a detto secondo elemento di impegno (102?) in corrispondenza di un asse di flesso-estensione y ortogonale a detto asse di abdo-adduzione x.
5. Struttura di esoscheletro, secondo la rivendicazione 4, in cui detta prima flangia (210) ? girevolmente connessa al torso di un utente mediante un link di connessione (230) avente una prima estremit? (231), connessa a detta prima flangia (210) in corrispondenza di detto asse di abdo-adduzione x mediante un giunto rotoidale, e una seconda estremit? (232), connessa mediante un giunto sferico ad una fascia di impegno atta ad impegnarsi al torso dell?utente.
6. Struttura di esoscheletro, secondo la rivendicazione 4, in cui detto dispositivo esoscheletrico per la spalla (200) comprende inoltre: - un primo motore (240) avente asse di rotazione parallelo a detto asse di abdo-adduzione x, detto primo motore (240) essendo atto a provocare la rotazione di detta prima flangia (210) attorno a detto asse di abdo-adduzione x; - un secondo motore (250) avente asse di rotazione parallelo a detto asse di abdo-adduzione x, detto secondo motore (250) essendo atto a provocare una rotazione relativa tra detta seconda flangia (220) e detto secondo elemento di impegno (102?), in particolare detta rotazione essendo trasmessa mediante cavi e pulegge.
7. Struttura di esoscheletro, secondo la rivendicazione 3, in cui detti primo e secondo elemento di impegno (101?,102?) sono atti ad impegnarsi al braccio di un utente e in cui detto giunto cilindrico (100?) ? atto a provocare una rotazione relativa tra detti primo e secondo elemento di impegno (101?,102?) sostanzialmente intorno all?asse dell?omero di detto utente, e in cui ? inoltre previsto un dispositivo esoscheletrico per il gomito (300) comprendente: - un elemento di supporto (310) vincolato a detto primo elemento di impegno (101?) mediante mezzi di regolazione; - un terzo elemento di impegno (320) atto ad impegnarsi ad un arto di un utente in corrispondenza dell?avambraccio, detto terzo elemento di impegno (320) essendo rotoidalmente vincolato a detto elemento di supporto (310).
8. Struttura di esoscheletro, secondo la rivendicazione 7, in cui detti mezzi di regolazione comprendono: - una slitta (311) atta a permettere una regolazione assiale della posizione relativa tra detto elemento di supporto (310) e detto elemento di impegno (101?); - un vincolo rotoidale (312) atto a permettere una regolazione rotazionale della posizione relativa tra detto elemento di supporto (310) e detto elemento di impegno (101?).
9. Struttura di esoscheletro, secondo la rivendicazione 7, in cui detto elemento di supporto (310) comprende un motore (315) atto a provocare una rotazione di detto terzo elemento di impegno (320) rispetto a detto elemento di supporto (310), in particolare detta rotazione essendo trasmessa mediante una coppia di ruotismo dentato ad assi ortogonali.
10. Struttura di esoscheletro, secondo la rivendicazione 4, in cui ? inoltre prevista una base di supporto (400) comprendente: - una piattaforma di ancoraggio a terra (410) comprendente un albero di sostegno (411); - un parallelogramma articolato (420) comprendente due aste parallele (421,422) incernierate a detto albero di sostegno (411) e ad un elemento di estremit? (425), detto elemento di estremit? (425) essendo girevolmente connesso a detta prima flangia (210) in corrispondenza di detto asse di abdo-adduzione x.