IT202100013919A1 - Metodo per la determinazione della coppia da essere erogata dai giunti motorizzati di un esoscheletro per arti inferiori durante la camminata di un soggetto con deficit locomotori - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: ?Metodo per la determinazione della coppia da essere erogata dai giunti motorizzati di un esoscheletro per arti inferiori durante la camminata di un soggetto con deficit locomotori?

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un metodo per la determinazione della coppia da essere erogata dai giunti motorizzati di un esoscheletro per arti inferiori durante la camminata di un soggetto con deficit locomotori.

In particolare, il metodo prevede di impostare la coppia da far erogare dai giunti motorizzati sulla base delle varie fasi della camminata.

? inoltre previsto un passo di determinazione dello stato della camminata istante per istante.

La presente invenzione si riferisce in particolare ad un metodo che definisce come applicare coppie di ausilio erogate dai giunti motorizzati di un esoscheletro, durante le diverse fasi della camminata di un paziente, per supportare quest?ultimo durante esercizi di riabilitazione.

La perdita della capacit? di deambulazione ? una delle peggiori conseguenze di patologie neurologiche con deficit motori come ictus, lesioni del midollo spinale o lesioni cerebrali traumatiche, che causano perdita di autonomia nelle attivit? quotidiane e un generale degrado della qualit? della vita.

Uno degli obiettivi principali della neuroriabilitazione, quindi, ? il recupero di una deambulazione indipendente e sicura, presupposto fondamentale per il recupero di una vita normale.

I pi? recenti approcci riabilitativi si concentrano sullo sviluppo di metodi che facilitano e innescano la neuroplasticit?, la base principale del recupero motorio dopo patologie neurologiche come ad esempio l?ictus: ? stato ampiamente dimostrato che la neuroplasticit? ? stimolata da esercizi intensi, ripetitivi che prevedono specifici task motori, che coinvolgono il paziente a partecipare attivamente al movimento.

La riabilitazione tradizionale ha limitazioni significative nell'affrontare questi aspetti, in quanto la manipolazione del paziente potrebbe risultare difficile e richiede l?applicazione di una forza da parte dell?operatore, che non sempre ? controllabile in maniera precisa.

Inoltre, risulta difficile trattare in maniera efficace soggetti con compromissione motoria parziale degli arti inferiori/emiplegia, che spesso presentano diverse problematiche e anomalie dell'andatura che coinvolgono diverse parti dell?arto.

In questo scenario gli esoscheletri possono essere un valido strumento per intensificare l'allenamento e la riabilitazione, permettendo al paziente di camminare in autonomia, per periodi di tempo pi? lunghi e seguendo traiettorie corrette. In questo modo i fisioterapisti sono sollevati dall'impegnativo intervento manuale.

Per massimizzare l'effetto neuro-riabilitativo ? importante, tuttavia, che il paziente rimanga attivamente coinvolto nell'esecuzione volontaria del movimento e che tale movimento non sia completamente governato dall'esoscheletro.

Nasce quindi la necessit? di sviluppare strategie di controllo software dell?esoscheletro, ed in particolare dei giunti motorizzati, che forniscano assistenza alla deambulazione senza impostare il modello di andatura, lasciando il paziente libero di effettuare i movimenti che desidera, ma semplicemente aiutandolo nell?esecuzione di tali movimenti.

Esistono diversi esoscheletri sul mercato che prevedono di sviluppare strategie di controllo assistivo con approcci, metodi e risultati diversi.

In quest?ottica risulta cruciale identificare in maniera precisa le fasi della camminata, in modo da fornire l?assistenza necessaria all?esercizio riabilitativo.

Alcuni sistemi e metodi noti allo stato dell?arte utilizzano le informazioni rilevate da sensori di forza presenti in apposite solette sensorizzate previste in combinazione con gli esoscheletri, per la determinazione dell?appoggio e del distacco del piede dal terreno.

Tuttavia, non tutti gli esoscheletri hanno suole sensorizzate, quindi tali sistemi e metodi non sono adattabili a tutte le tipologie di esoscheletro.

Alcuni metodi noti allo stato dell?arte prevedono di utilizzare la rilevazione dell?accelerazione degli arti, misurata attraverso appositi accelerometri, per fornire assistenza attraverso l?erogazione di una coppia da parte dei giunti motorizzati.

Generalmente, l?assistenza ? relativa alla flessione dell'anca e del ginocchio durante la preoscillazione delle gambe, assistenza all'estensione nell'oscillazione terminale e blocco dell'articolazione del ginocchio durante la fase di appoggio.

Altri metodi prevedono di fornire assistenza per la flessione dell'anca e del ginocchio all'inizio della fase di oscillazione e assistenza per l'estensione del ginocchio nel mezzo della fase di oscillazione sotto forma di impulsi di coppia di ampiezza e durata configurabili. Tali sistemi, inoltre, durante la fase di appoggio, forniscono assistenza nell'estensione del ginocchio attraverso la realizzazione di un sistema virtuale molla-ammortizzatore.

Inoltre, i sistemi noti allo stato dell?arte, generalmente, prevedono di non fornire assistenza alla gamba oscillante, applicando un controllo in modo che la presenza dei giunti non abbia alcun effetto, n? di ausilio, n? di impedimento, alla deambulazione del paziente.

Nei sistemi noti allo stato dell?arte, le coppie di ausilio vengono fornite dopo il cambiamento di stato, ossia di fase della camminata, rilevato, sotto forma di impulsi di durata determinata.

Una volta terminato l?impulso, non viene pi? fornita assistenza, indipendentemente dallo stato del paziente, anche se il paziente potrebbe non aver ancora completato il movimento, causando un comportamento improprio.

Esiste dunque la necessit? non soddisfatta dai metodi noti allo stato dell?arte, di ottenere una corretta ed efficace identificazione delle varie fasi della camminata, senza prevedere l?utilizzo di specifici sistemi di sensori, quali accelerometri, giroscopi o simili.

La presente invenzione consegue gli scopi di cui sopra, realizzando un metodo come descritto in precedenza, in cui la determinazione dello stato della camminata avviene attraverso la rilevazione della distanza rispetto al piano sagittale tra i due piedi del paziente, in modo da identificare tre condizioni, di cui una condizione di piede destro avanti, una condizione di piedi allineati e una condizione di piede sinistro avanti.

Uno degli aspetti maggiormente vantaggiosi del metodo oggetto della presente invenzione ? l?utilizzo di un unico parametro per l?individuazione della fase della camminata, ossia la distanza tra i piedi rispetto al piano sagittale, per identificare tre stati della camminata.

Si ottiene dunque un approccio semplice di analisi della camminata, ma sufficiente a descrivere in maniera esaustiva la camminata e a valutare la corretta coppia di ausilio da erogare da parte dei giunti motorizzati.

Poich? viene utilizzato un solo parametro per identificare i tre citati stati della camminata, uno dei principali vantaggi della strategia descritta ? che non possono essere effettuate rilevazione errate, ossia identificazioni errate della fase della camminata.

Un altro vantaggio ? che il metodo non richiede alcun sensore aggiuntivo oltre agli encoder angolari, gi? presenti nei giunti. Ci? semplifica notevolmente lo schema di controllo e riduce la complessit? hardware dell'esoscheletro.

Secondo una prima forma esecutiva, ? previsto un passo di impostazione di una distanza di soglia tra i piedi, identificativa della condizione di piedi allineati.

Tale variante consente di adattare il metodo oggetto della presente invenzione non solo ai pazienti, ma anche ai terapisti e ai diversi task motori da compiere durante la riabilitazione.

In base a studi clinici, si ? potuto notare come, in soggetti sani, tale valore soglia sia di circa 10 centimetri, ossia se i piedi sono posti ad una distanza minore o uguale a 10 centimetri l?uno dall?altro, si ritengono affiancati.

Preferibilmente l?impostazione della distanza di soglia ? effettuata attraverso una interfaccia uomomacchina collegata all?esoscheletro.

Secondo una prima forma attuativa, il passaggio da una delle dette condizioni all?altra presenta un comportamento ad isteresi.

Tale caratteristica, in combinazione con la semplicit? esecutiva del metodo e del limitato numero di stati da rilevare, consente di evitare troppi cambi quando i piedi dell?utente si trovano ad una distanza corrispondente al valore della distanza di soglia.

Secondo una forma esecutiva preferita, ? previsto un passo di identificazione della gamba di appoggio e della gamba oscillante.

In combinazione a tale passo, viene previsto un passo di impostazione di un tempo di transizione, corrispondente al periodo necessario a far passare una gamba da gamba di appoggio a gamba oscillante e viceversa.

A differenza dei metodi noti allo stato dell?arte, il metodo oggetto della presente invenzione non prevede di rilevare il momento in cui il piede entra a contatto con il suolo, ossia il momento in cui una delle due gambe diventa la gamba di appoggio, ma prevede di rilevare quando un piede di trova in posizione pi? avanzata di una determinata distanza, superiore alla distanza di soglia, rispetto all?altro piede.

? possibile ipotizzare che il contatto del piede al suolo avvenga poco dopo il cambio di condizione, da piedi allineati a piede destro/sinistro avanti.

Per questo motivo il metodo oggetto della presente invenzione prevede di introdurre il parametro del tempo di transizione, atto ad indicare il tempo impiegato dall?utente per spostare il peso da una gamba all?altra.

Vantaggiosamente, tale tempo ? configurabile, sulla base della velocit? di camminata dell?utente.

Una volta trascorso tale tempo di transizione ? possibile ipotizzare che il piede che si trova in posizione arretrata sia relativo alla gamba liberata dal peso corporeo dell?utente, che si appresta ad effettuare il passo, ossia la gamba oscillante.

Risulta dunque evidente come il metodo oggetto della presente invenzione non richieda alcun movimento specifico di innesco da parte dell?utente per effettuare l?analisi della camminata.

Come anticipato, uno degli aspetti maggiormente vantaggiosi del metodo oggetto della presente invenzione ? la possibilit? di identificare le varie fasi della camminata con un solo parametro.

Sulla base di tale identificazione vengono inviati segnali di comando atti a comandare i giunti motorizzati, in modo da erogare determinate coppie di ausilio.

Grazie all?identificazione delle varie fasi della camminata, le coppie erogate saranno diverse per ogni giunto, in quanto l?ausilio deve essere diversificato in base alla funzione svolta dall?arto durante la camminata.

In particolare, il metodo oggetto della presente invenzione si riferisce ad un esoscheletro per arti inferiori, comprendente quattro giunti motorizzati, di cui due giunti posti in corrispondenza delle ginocchia del paziente e due giunti posti in corrispondenza delle anche del paziente.

Dunque, ogni giunto fornisce un contributo, ossia una coppia di ausilio alla camminata del paziente, diversa per ogni fase della camminata.

Tali contributi possono essere previsti singolarmente o in combinazione, ossia ? possibile prevedere di attivare un solo giunto per erogare una specifica coppia, oppure attivare due o pi? giunti assieme.

Come verr? descritto, un giunto unico pu? erogare una coppia di ausilio basata su pi? di un contributo, come ad esempio il giunto a livello dell?anca, deputato all?estensione/flessione dell?anca per eseguire la camminata, ma anche per mantenere il busto del paziente in condizione eretta.

Ogni coppia di ausilio erogata, che verr? descritta in maniera dettagliata, ? il risultato di un'approfondita comprensione delle principali difficolt? incontrate dai pazienti post-ictus durante la deambulazione, eseguita in collaborazione con partner clinici.

In particolare, le pi? frequenti difficolt? durante la deambulazione affrontate dai pazienti postictus sono:

- instabilit? sull'arto plegico durante il supporto,

- eccessiva inclinazione anteriore del tronco, che causa una scorretta postura del paziente,

- distanza insufficiente del piede da terra durante la fase di oscillazione

- controllo inadeguato dell'articolazione dell'anca plegica,

- contrattura dei muscoli flessori dell'anca plegici,

- Coordinazione e propriocezione generalmente compromesse,

- difficolt? ad estendere l?articolazione dell?anca e ad eseguire una corretta progressione, - difficolt? a flettere l?arto oscillante e a staccare il piede dal contatto con il terreno durante l?esecuzione del passo.

Tali problematiche vengono affrontate fornendo assistenza specifica durante l?intero ciclo di camminata, preferibilmente sotto forma di una coppia di ausilio unica, ottenuta dalla somma di diversi contributi erogati dai giunti, in particolare:

estensione del ginocchio della gamba di appoggio;

estensione dell?anca della gamba di appoggio; flessione dell?anca della gamba oscillante, flessione del ginocchio della gamba oscillante.

Come anticipato, tali contributi possono essere previsti singolarmente od in combinazione.

Ne consegue che, per ciascuna fase del cammino, l'articolazione dell?arto plegico pu? fare affidamento su quantit? configurabili di coppie di ausilio, che aiutano a seguire la fisiologica cinematica dell'articolazione durante l'andatura, ossia estensione durante la fase di appoggio e flessione durante la fase di oscillazione.

Infine, la possibilit? di erogare coppie di ausilio, in maniera continua durante l?intero ciclo della camminata, consente di fornire una corretta assistenza ai pazienti, rendendo la deambulazione pi? sicura, anche nel caso di possibili variazioni della traiettoria durante i diversi passi.

Risulta evidente da quanto appena descritto, come il metodo oggetto della presente invenzione si basi sui principali aspetti clinici relativi alla riabilitazione dell'andatura di soggetti con insufficienza motoria degli arti inferiori.

Il metodo oggetto della presente invenzione, infatti, prevede di fornire assistenza solo durante le fasi di deambulazione ridotta, solo alle articolazioni che necessitano di assistenza e in quantit? impostabili, a seconda delle specifiche condizioni cliniche del paziente.

Nonostante l?assistenza fornita, il metodo consente e facilita i movimenti volontari del paziente, compensando sia l'attrito che l'inerzia dei giunti motorizzati e il peso degli arti.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi non limitativi illustrati nei disegni allegati in cui: la fig. 1 illustra una possibile forma esecutiva dell?esoscheletro utilizzato per eseguire il metodo oggetto della presente invenzione;

la figura 2 illustra uno schema esemplificativo del funzionamento del metodo oggetto della presente invenzione;

la figura 3 illustra una stilizzazione di un paziente, al fine di individuare le varie coppie erogate dai giunti dell?esoscheletro;

le figure da 4 a 6 illustrano grafici relativi ai profili delle coppie erogate dai diversi giunti motorizzati, in base alla fase della camminata.

Si specifica che le figure allegate alla presente domanda di brevetto illustrano solo alcune possibili forme esecutive del metodo per la determinazione della coppia da essere erogata dai giunti motorizzati di un esoscheletro oggetto della presente invenzione, per meglio comprenderne i vantaggi e le caratteristiche descritte.

Tali forme esecutive sono dunque da intendersi a puro scopo illustrativo e non limitativo al concetto inventivo della presente invenzione, ossia quello di realizzare un metodo innovativo che consenta di identificare in maniera precisa ed efficace le fasi della camminata di un paziente, attraverso la rilevazione di un unico parametro, in modo da determinare la coppia da far erogare ai giunti motorizzati dell?esoscheletro per facilitare la camminata e consentire il recupero dei muscoli e delle articolazioni, attraverso esercizi di riabilitazione a cui il paziente partecipa attivamente.

Con particolare riferimento alla figura 1, viene illustrata una possibile forma esecutiva dell?esoscheletro utilizzato per l?esecuzione del metodo oggetto della presente invenzione secondo una possibile forma esecutiva.

L?esoscheletro illustrato in figura 1 ? relativo alla movimentazione degli arti inferiori e prevede una configurazione simmetrica rispetto al piano sagittale di un paziente.

In particolare, l?esoscheletro comprende un elemento di bacino 100, fissabile al bacino di un paziente, collegato a due segmenti femorali 101, 103 e due segmenti tibiali 102, 104.

L?esoscheletro ? dunque costituito da una serie di leve, i segmenti 101, 102, 103 e 104, che presentano una movimentazione relativa tra loro, atta a mimare i movimenti della gamba di un utente, la quale movimentazione ? garantita dalla attivazione dei giunti 10, 11, 12 e 13 che consentono alle leve di ruotare una rispetto all?altra.

L?elemento di bacino 100 inoltre supporta una unit? centrale di processamento e una unit? di alimentazione elettrica.

Nel caso specifico di figura 1, l?unit? centrale di processamento e l?unit? di alimentazione elettrica sono inserite all?interno di un unico dispositivo 105, fissato all?elemento di bacino 100.

Il dispositivo 105 ? dunque il responsabile della generazione dei segnali di comando per l?attivazione del telaio dell?esoscheletro, nonch? della distribuzione della alimentazione elettrica necessaria al funzionamento dei motori elettrici previsti nei giunti 10, 11, 12 e 13, posizionati in corrispondenza delle articolazioni del paziente.

I giunti 10, 11, 12 e 13 comprendono sensori atti a rilevare le condizioni di funzionamento dei giunti stessi, nonch? il posizionamento dei vari segmenti 101, 102, 103 e 104 del telaio dell?esoscheletro.

Tutti i dati e l?alimentazione sono trasmessi lungo l?esoscheletro grazie alla presenza di cavi di collegamento, non illustrati nelle figure, che partono dal dispositivo 105 e si collegano ai giunti motorizzati attraverso i segmenti 101, 102, 103 e 104.

Secondo la variante illustrata nella figura, la parte relativa alla caviglia, ossia la zona di collegamento tra i segment1 102, 104 e il piede, ? costituita da un giunto passivo, che non necessit? di collegamenti n? di alimentazione n? per la trasmissione di dati.

I giunti motorizzati 10, 11, 12 e 13 dunque non assolvono semplicemente una funzione relativa alla movimentazione dei segmenti, ma garantiscono un collegamento funzionale, sia meccanico che elettrico, tra le varie componenti dell?esoscheletro.

Come anticipato, le informazioni rilevate dai giunti motorizzati, vengono elaborate dal dispositivo 105, che, preferibilmente, si occupa di generare segnali di comando diversificati per ogni giunto, in modo da impostare i giunti stessi per erogare una determinata coppia.

La figura 2 illustra uno schema di principio atto a descrivere il funzionamento del metodo oggetto della presente invenzione.

Le fasi della camminata del paziente sono infatti gestite ad un livello superiore da una macchina a stati finiti (FSM) 20, che genera i segnali per impostare i giunti motorizzati ad erogare una determinata coppia di ausilio.

In particolare, la macchina a stati finti 20 cambia gli stati sulla base di una rilevazione di un cambio nel ciclo della camminata del paziente.

Infatti, la macchina a stati finiti (FSM) 20 riceve come input le fasi della camminata, rilevate da un classificatore di stato eseguito in maniera continua in background durante la camminata, configurato per monitorare il posizionamento cinematico dell?esoscheletro.

La macchina a stati finiti 20 dunque trasmette i segnali di comando relativi all?impostazione della coppia da far erogare ai diversi giunti ad una unit? di controllo della coppia 21, che a sua volta agisce sull?esoscheletro 22.

La configurazione cinematica dell?esoscheletro, che viene restituita alla FSM 20, ? ovviamente influenzata dal contributo del paziente 23, che pu? compiere movimenti liberi, che vengono assistiti dalle coppie erogate dai vari giunti meccanici.

Come verr? descritto successivamente, il metodo prevede la rilevazione di uno o pi? parametri 24, che sono configurabili e che modificano l?esecuzione del metodo oggetto della presente invenzione.

La figura 3 illustra uno schema di principio delle possibili coppie agenti sul paziente 3.

Il paziente 3 presenta l?esoscheletro di figura 1, quindi due giunti d?anca 10, 12 (di cui in figura ? illustrato solo il 10) e due giunti di ginocchio 11, 13 (in figura 3 ? illustrato solo il numero 11) e presenta un tronco 31, con un corrispondente asse longitudinale B.

La figura 3 ? inoltre riportata al fine di illustrare i possibili movimenti che i giunti 10-13 fanno compiere agli arti del paziente.

In particolare, il giunto 10 consente di effettuare una estensione/flessione dell?articolazione dell?anca, secondo il verso indicato dalla freccia D e una oscillazione del tronco 31 secondo i versi della freccia E.

Il giunto 11 invece consente di effettuare una estensione/flessione dell?articolazione del ginocchio secondo i versi indicati dalla freccia C.

Le coppie che vengono erogate dai diversi giunti 10-13 sono diversificate per ogni giunto e vengono stabilite in base alle fasi della camminata.

Per identificare le fasi della camminata, il metodo oggetto della presente invenzione prevede di rilevare innanzitutto la distanza tra i piedi lungo il piano sagittale.

In base alla distanza ? possibile rilevare tre fasi della camminata, in particolare piede destro avanti, piede sinistro avanti e piedi allineati.

Partendo da tale rilevazione, ? possibile individuare la gamba di appoggio e la gamba oscillante.

Ad esempio, passando dalla condizione di piedi allineati alla condizione di piede destro avanti, ? possibile ipotizzare che la gamba destra diventi la gamba di appoggio poco dopo che ? avvenuto il cambiamento di stato tra ?piedi allineati? e ?piede destro avanti?.

Tale ipotesi viene rafforzata dalla determinazione del tempo di transizione, ossia il tempo che intercorre tra il cambiamento di stato di una gamba, da gamba oscillante a gamba di appoggio.

In base alla condizione di gamba oscillante o gamba di appoggio, variano le coppie erogate dai giunti motorizzati.

Per quanto riguarda la gamba in fase di appoggio, ci sono tre principali componenti che possono essere configurati per agire separatamente o simultaneamente, in base ai bisogni del paziente.

Una prima componente ? la coppia di ausilio volta a mantenere l?estensione del ginocchio.

Tale coppia ? proporzionale all?angolo di flessione del ginocchio ed ? calcolata da un controllore PD (proportional-derivative controller) attraverso la formula ?knee,ext = pknee x ?knee dknee x ?knee, in cui

?knee ? l?angolo di ginocchio, uguale a zero se il ginocchio ? completamente esteso,

?knee ? la velocit? angolare del ginocchio rilevata in ciascun istante,

pknee e dknee sono rispettivamente un parametro moltiplicativo ed un parametro per smorzare eventuali oscillazioni.

Si realizza un sistema virtuale di smorzatore elastico a livello dell?articolazione del ginocchio.

Il secondo contributo ? dato da una coppia ausiliare atta ad aiutare l?estensione dell?anca.

A differenza della coppia a livello del ginocchio, tale coppia non ? proporzionale, ma, come verr? descritto successivamente, pu? essere considerata costante.

Preferibilmente tale coppia ? applicata con un ritardo, basato sul tempo di transizione, ossia viene applicata durante il periodo che intercorre tra lo stato di piedi allineati e piede destro/sinistro avanti.

Ovviamente nel caso di piede destro avanti, la coppia sar? erogata dal giunto di anca destra, mentre nel caso di piede sinistro avanti, la coppia sar? erogata dal giunto di anca di sinistra, rispettivamente giunti 12 e 10, con riferimento alla figura 1.

Il terzo contributo ? conferito sempre dal giunto motorizzato in corrispondenza delle anche del paziente ed ? una coppia proporzionate all?angolo di tilt del tronco 31 del paziente, ossia l?angolo compreso tra l?asse longitudinale B del tronco 31 e il piano frontale A.

Tale contributo consente di aiutare il paziente a mantenere la posizione eretta, secondo il verso indicato dalla freccia E.

Preferibilmente l?angolo di tilt del tronco 31 ? rilevato dal dispositivo 105 posizionato a livello del bacino del paziente 3.

Anche in questo caso la quantit? di coppia da erogare viene calcolata da un controller PD sulla base dell?angolo di tilt del tronco 31 (?trunk = phip x ?IMU dhip x ?IMU),

in cui

?IMU ? l?angolo che misura lo sbilanciamento in avanti (il tilt) del tronco, uguale a zero se il busto ? completamente eretto quindi verticale, e viene misurato tramite un sensore inerziale posto sul bacino dell?esoscheletro,

?IMU ? la velocit? relativa al movimento del busto,

phip indica una coppia proporzionale all?angolo relativo del tronco rispetto alla verticale,

dhip ? un parametro atto allo smorzamento di eventuali oscillazioni.

? possibile prevedere un range di valori intorno al valore zero dell?angolo di tilt, in cui non viene erogata alcuna coppia di ausilio.

Per quanto riguarda la gamba oscillante, sono due i contributi che possono agire separatamente o simultaneamente, in base alle necessit? del paziente.

Il primo contributo ? relativo ad una coppia ausiliaria volta a garantire la flessione dell?anca, che pu? essere considerata costante.

Tale coppia viene applicata durante la fase iniziale e la fase intermedia di oscillazione della gamba e parzialmente anche durante la parte terminale.

Il secondo contributo ? una coppia di ausilio atta a consentire la flessione del ginocchio, costante, che viene applicata principalmente durante la fase iniziale di oscillazione della gamba, per agevolare lo stacco del piede da terra.

Il metodo oggetto della presente invenzione, inoltre, prevede di modificare i valori delle coppie di flessione di anca e ginocchio, applicando una compensazione relativa al peso della gamba oscillante.

Sulla base di tutti i contributi descritti, il metodo oggetto della presente invenzione consente di generare diversi profili di coppia ausiliare da applicare agli arti inferiori del paziente, profili che vengono descritti e illustrati nelle figure 4, 5 e 6.

In particolare, la figura 4 illustra il calcolo del profilo, ossia dell?andamento dei valori della coppia di ausilio.

Tali profili sono ottenuti attraverso la moltiplicazione dei valori delle coppie di ausilio, la linea tratteggiata illustra la coppia relativa alla flessione dell?anca, mentre la linea continua illustra la coppia relativa all?estensione dell?anca, con i profili a rampa elaborati dalla macchina a stati finiti (FSM), in accordo alle fasi della camminata.

In accordo a quanto illustrato in figura 4, entrambe le coppie vengono moltiplicate per una funzione a rampa, in modo da generare transizioni pi? dolci in corrispondenza dei cambi di fase della camminata.

La figura 5 illustra invece il profilo della coppia relativa all?estensione dell?anca per movimentare il tronco lungo del piano sagittale.

Tale coppia agisce sempre sul giunto motorizzato in corrispondenza dell?anca della gamba in appoggio.

Nella parte iniziale (parte sinistra) di figura 5, la gamba destra ? in appoggio e la coppia viene erogata dal giunto di anca destro, indicata dalla linea tratteggiata.

Durante un cambiamento di stato, ad esempio il passaggio della gamba sinistra da oscillante a gamba di appoggio, la coppia erogata dal giunto di anca destra non viene bruscamente bloccata, ma diminuisce linearmente, cos? come illustrato nel tempo T1 di figura 5.

Nel medesimo tempo T1, la coppia erogata dal giunto di anca sinistro, linea continua, aumenta linearmente e diventa costante per tutto il periodo che intercorre tra lo stato ?gamba sinistra di appoggio? a ?gamba sinistra oscillante?.

In questo modo non avviene alcun arresto brusco nei giunti e la coppia che controlla la posizione del tronco ? costante durante l?intera fase di camminata.

Come anticipato, il tempo di transizione T, indicato in figura come il tempo in cui la gamba destra (o sinistra) resta in appoggio, ? un parametro che ? possibile impostare e varia soprattutto in base alla velocit? di camminata del paziente.

A differenza del tempo T, il tempo T1 rappresenta il tempo necessario al paziente di spostare il peso da una gamba all?altra, che avviene quando entrambi i piedi sono a terra ossia una fase di doppio appoggio.

Tale fase, a velocit? naturale, circa il 10% del ciclo del passo.

L?intera fase di camminata ? inoltre illustrata anche in figura 6, in cui si evidenziano, come in figura 5, le transizioni graduali dovute alle funzioni a rampa.

In particolare, la figura 6 illustra un ciclo completo di camminata relativo alla gamba destra, in cui la gamba destra inizia come gamba di appoggio, diventa gamba oscillante, per ritornare gamba di appoggio alla fine del ciclo.

Le linee tratteggiate verticali indicano i cambi di stato che vengono individuati dalla macchina a stati finiti.

Inoltre, la figura 6 illustra i tempi di transizione T relativi ai cambi da gamba di appoggio a gamba oscillante.

La parte inferiore della figura 6 illustra il comportamento delle diverse coppie descritte in precedenza, in particolare delle coppie erogate dal giunto di anca, riquadro F, e delle coppie erogate dal giunto di ginocchio, riquadro G.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per la determinazione della coppia da essere erogata dai giunti motorizzati (10, 11, 12, 13) di un esoscheletro per arti inferiori durante la camminata di un soggetto con deficit locomotori (3), il quale metodo prevede di impostare la coppia da far erogare dai giunti motorizzati (10, 11, 12, 13) sulla base delle varie fasi della camminata,

essendo previsto un passo di determinazione dello stato della camminata istante per istante,

caratterizzato dal fatto che

la determinazione dello stato della camminata avviene attraverso la rilevazione della distanza lungo il piano sagittale tra i due piedi del soggetto (3), in modo da identificare tre condizioni, di cui una condizione di piede destro avanti, una condizione di piedi allineati e una condizione di piede sinistro avanti.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui ? previsto un passo di impostazione di una distanza di soglia tra i piedi identificativa della condizione di piedi allineati.

3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il passaggio da una delle dette condizioni all?altra presenta un comportamento ad isteresi.

4. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui ? previsto un passo di identificazione della gamba di appoggio e della gamba oscillante, essendo previsto un passo di impostazione di un tempo di transizione (T), corrispondente al periodo necessario a far passare una gamba da gamba di appoggio a gamba oscillante e viceversa.

5. Metodo secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui l?esoscheletro comprende quattro giunti motorizzati (10, 11, 12, 13), di cui due giunti (11, 13) posti in corrispondenza delle ginocchia del soggetto (3) e due giunti (10, 12) posti in corrispondenza delle anche del soggetto (3),

prevedendo il passo di impostazione della coppia da far erogare una impostazione diversificata per ogni giunto.

6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il passo di impostazione della coppia prevede l?erogazione di una coppia da parte del giunto del ginocchio della gamba di appoggio, volta all?estensione del ginocchio, essendo la coppia proporzionale all?angolo di flessione del ginocchio.

7. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il passo di impostazione della coppia prevede l?erogazione di una coppia da parte del giunto dell?anca della gamba di appoggio volta all?estensione dell?anca, essendo la coppia erogata nel periodo che intercorre tra la condizione di piedi allineati e la condizione di piede sinistro o destro avanti.

8. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il passo di impostazione della coppia prevede l?erogazione di una coppia da parte del giunto dell?anca della gamba di appoggio volta all?estensione dell?anca, essendo la coppia proporzionale all?angolo compreso tra l?asse longitudinale del tronco del soggetto e il piano frontale.

9. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il passo di impostazione della coppia prevede l?erogazione di una coppia da parte del giunto dell?anca della gamba oscillante volta alla flessione dell?anca, essendo la coppia erogata durante il detto tempo di transizione.

10. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il passo di impostazione della coppia prevede l?erogazione di una coppia da parte del giunto del ginocchio della gamba oscillante volta alla flessione del ginocchio, essendo la coppia erogata nel periodo che intercorre tra la condizione di piede sinistro o destro avanti alla condizione di piedi allineati.