IT202100024512A1 - Articolazione protesica attiva - Google Patents

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IT202100024512A1
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Italy
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rotation
actuator
torque
prosthetic joint
actuators
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IT102021000024512A
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English (en)
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Lorenzo Guercini
Simone Traverso
Matteo Laffranchi
Michieli Lorenzo De
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Fondazione St Italiano Tecnologia
I N A I L Istituto Naz Per Lassicurazione Contro Gli Infortuni Sul Lavoro
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Description

DESCRIZIONE
ARTICOLAZIONE PROTESICA ATTIVA
La presente invenzione ha per oggetto un?articolazione protesica attiva del tipo precisato nel preambolo della prima rivendicazione.
In particolare, l?invenzione introduce un dispositivo, preferibilmente prostetico, configurato per comandare una rotazione di un arto robotico (in particolare una porzione di un arto quale una gamba) rispetto a un secondo elemento quale un busto o una diversa porzione di un arto quale la coscia. Preferibilmente l?articolazione ? un ginocchio prostetico.
Attualmente nel campo delle protesi robotiche, uno dei maggiori problemi ? riuscire a bilanciare la progettazione del prodotto tra performance (in termini di coppia usufruibile, velocit? massima dell?attuatore e consumo energetico) e gli ingombri e il peso dello stesso.
Un esempio evidente di tale problema risiede nelle protesi simulanti un?articolazione preferibilmente propulsiva dove si riscontrano notevoli difficolt? nell?esaudire i requisiti di diversit? di performance richiesti nelle varie fasi di movimentazione. Tale aspetto risulta conveniente in un?articolazione propulsiva del ginocchio dove i requisiti di passo e ingombri si scontrano con quelli funzionali. Infatti, il quadricipite umano, che attua il giunto di ginocchio, in camminata veloce mediamente eroga una potenza di picco di 1.7W/kg (130 watt per un paziente di 80 kg) mentre in salita questo numero cresce notevolmente per raggiungere in media una potenza di picco di 2.4 W/kg (192 watt per un paziente di 80 kg).
Per cercare di risolvere questo aspetto i prodotti attualmente in commercio (come ad esempio Power Knee, Ossur) hanno sbilanciato le performance verso la coppia propulsiva, a scapito della velocit? massima dell?articolazione.
La tecnica nota descritta comprende alcuni importanti inconvenienti.
In particolare, le note articolazioni prostetiche attive sono ingombranti e pesanti e quindi un operatore solitamente preferisce articolazioni prostetiche passive (ossia prive di motori) che risultano leggere e poco ingombranti.
Tale aspetto e quindi la preferenza per articolazioni prostetiche passive ? accentuato dalle notevoli difficolt? di comando e gestione incontrate dall?operatore. Un non secondario inconveniente risiede nel fatto che le note articolazioni prostetiche attive presentano una meccanica particolarmente complessa e quindi hanno alti costi sia in produzione sia in manutenzione.
In questa situazione il compito tecnico alla base della presente invenzione ? ideare un?articolazione protesica attiva in grado di ovviare sostanzialmente ad almeno parte degli inconvenienti citati.
Nell'ambito di detto compito tecnico ? un importante scopo dell'invenzione ottenere un?articolazione protesica attiva leggera e poco ingombrante
Un altro importante scopo dell'invenzione ? realizzare un?articolazione protesica attiva caratterizzata da una semplicit? di utilizzo e presentante una meccanica relativamente semplice e ridotti costi di produzione e manutenzione.
Il compito tecnico e gli scopi specificati sono raggiunti da un?articolazione protesica come rivendicato nell?annessa rivendicazione 1. Esempi di realizzazione preferita sono descritti nelle rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche e i vantaggi dell?invenzione sono di seguito chiariti dalla descrizione dettagliata di esecuzioni preferite dell?invenzione, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:
la Fig. 1 mostra, in scala, un?articolazione protesica secondo l'invenzione; la Fig. 2 illustra, in scala, un?articolazione protesica secondo l'invenzione in una seconda configurazione;
la Fig. 3 presenta, in scala, una vista laterale di un?articolazione protesica in uso; e
la Fig. 4 espone, in scala, una vista frontale di Fig.3.
Nel presente documento, le misure, i valori, le forme e i riferimenti geometrici (come perpendicolarit? e parallelismo), quando associati a parole come "circa" o altri simili termini quali "pressoch?" o "sostanzialmente", sono da intendersi come a meno di errori di misura o imprecisioni dovute a errori di produzione e/o fabbricazione e, soprattutto, a meno di un lieve scostamento dal valore, dalla misura, dalla forma o riferimento geometrico cui ? associato. Ad esempio, tali termini, se associati a un valore, indicano preferibilmente una divergenza non superiore al 10% del valore stesso.
Inoltre, quando usati, termini come ?primo?, ?secondo?, ?superiore?, ?inferiore?, ?principale? e ?secondario? non identificano necessariamente un ordine, una priorit? di relazione o posizione relativa, ma possono essere semplicemente utilizzati per pi? chiaramente distinguere tra loro differenti componenti.
Salvo diversamente indicato ?perpendicolare?, ?trasversale?, ?parallelo? o ?normale? o altri termini di posizionamento geometrico tra elementi geometrici (per esempio assi, direzioni e rette) sono da intendersi in riferimento alla loro reciproca posizione geometrica tra le corrispondenti proiezioni. Dette proiezioni sono definite su un unico piano parallelo a quello/i di giacitura di detti elementi geometrici.
Le misurazioni e i dati riportati nel presente testo sono da considerarsi, salvo diversamente indicato, come effettuati in Atmosfera Standard Internazionale ICAO (ISO 2533).
Salvo diversamente specificato, come risulta dalle seguenti discussioni, si considera che termini come "trattamento", "informatica", "determinazione", "calcolo", o simili, si riferiscono all'azione e/o processi di un computer o simile dispositivo di calcolo elettronico che manipola e/o trasforma dati rappresentati come fisici, quali grandezze elettroniche di registri di un sistema informatico e/o memorie in, altri dati similmente rappresentati come quantit? fisiche all'interno di sistemi informatici, registri o altri dispositivi di memorizzazione, trasmissione o di visualizzazione di informazioni.
Con riferimento alle Figure, l?articolazione protesica secondo l'invenzione ? indicata globalmente con il numero 1.
Essa ? configurata per essere collegata a una prima protesi 1a e a una seconda protesi 1b e in dettaglio interposta tra dette protesi 1a e 1b.
La prima protesi 1a pu? essere identificata in un busto o un arto (in particolare in una porzione di arto quale una coscia). In alcuni la prima protesi 1a pu? essere un?invasatura protesica.
La seconda protesi 1b pu? essere identificata in un arto robotico e in particolare in una porzione di arto quale una gamba e/o un piede.
Essa ? configurata per comandare una rotazione tra una prima protesi 1a e una seconda protesi 1b. In dettaglio essa ? configurata per comandare una rotazione della prima protesi 1a rispetto alla seconda protesi 1b e opportunamente rispetto alla stessa articolazione 1
Preferibilmente l?articolazione 1 ? un ginocchio consentente una rotazione rispetto alla protesi di ginocchio e il moncone femorale.
L?articolazione protesica 1 pu? definire un angolo di rotazione, ossia un?ampiezza massima di rotazione eseguibile dalla stessa articolazione 1. Tale angolo pu? essere pressoch? inferiore a 360? in dettaglio a 180? e opportunamente pressoch? compreso tra 90? e 135?.
L?articolazione protesica 1 pu? comprendere un attacco 2 dell?articolazione 1 alla prima protesi 1a e opportunamente un supplementare attacco 3 dell?articolazione 1 alla seconda protesi 1b. L?attacco 2 ? tra articolazione 1 e prima protesi 1a e il supplementare attacco 3 tra articolazione 1 e seconda protesi 1b.
Ad esempio l?attacco 3 pu? essere piramidale femmina o altro attacco configurato per permettere un collegamento con un piede protesico rigido.
L?articolazione protesica 1 pu? comprendere un organo di movimentazione 4 configurato per comandare una rotazione tra gli attacchi 2 e 3 e quindi tra le protesi 1a e 1b.
Pi? precisamente l?organo di movimentazione 4 ? configurato per comandare una rotazione del primo attacco 2 e 3 e quindi della prima protesi 1a rispetto alla seconda protesi 1b e opportunamente rispetto alla stessa articolazione 1
L?organo di trasmissione 4 pu? definire per detta rotazione una coppia di spinta. Ad esempio, nel caso di articolazione protesica 1 identificabile in un ginocchio la coppia di spinta definisce la potenza che l?articolazione 1 esprime consentendo ad esempio durante ad esempio una camminata o una salita.
L?organo 4 pu? definire per detta rotazione una velocit? di rotazione. Ad esempio, nel caso di articolazione 1 identificabile in un ginocchio tale velocit? rappresenta la velocit? che l?articolazione protesica 1 esprime durante ad esempio una camminata o una salita.
L?organo di trasmissione 4 pu? comprendere un primo attuatore 41 definente per detta rotazione una prima coppia e opportunamente una prima velocit?.
La prima coppia identifica la massima coppia esprimibile dal primo attuatore 41. La prima coppia pu? essere sostanzialmente inferiore a 75 Nm, in dettaglio pressoch? compresa tra 75 Nm e 25 Nm. Pi? in dettaglio essa ? sostanzialmente pari a 50 Nm. La prima velocit? identifica la massima velocit? di rotazione quando il primo attuatore 41 esprime detta prima coppia.
Essa pu? essere sostanzialmente almeno pari a 30 giri/min, in dettaglio pressoch? compresa tra 100 giri/min e 50 giri/min. Pi? in dettaglio la prima velocit? ? sostanzialmente pari a 80 giri/min.
Il primo attuatore 41 pu? comprendere un primo motore preferibilmente elettrico e opportunamente un primo riduttore preferibilmente armonico.
Il primo motore pu? essere elettrico.
L?organo di trasmissione 4 pu? comprendere un secondo attuatore 42 definente per detta rotazione una seconda coppia e opportunamente una seconda velocit?. La seconda coppia identifica la massima coppia esprimibile dal secondo attuatore 42.
La seconda coppia pu? essere sostanzialmente maggiore della prima coppia. Essa pu? essere sostanzialmente almeno pari a 50 Nm, in dettaglio pressoch? compresa tra 50 Nm e e 150 Nm. Pi? in dettaglio la seconda coppia pu? essere sostanzialmente pari a 100 Nm.
La seconda velocit? identifica la massima velocit? di rotazione quando il secondo attuatore 42 esprime detta seconda coppia.
La seconda velocit? pu? essere sostanzialmente inferiore alla prima velocit?.
Essa pu? essere sostanzialmente inferiore a 50 giri/min, in dettaglio pressoch? compresa tra 15 giri/min e 50 giri/min. Pi? in dettaglio la seconda velocit? ? sostanzialmente pari a 20 giri/min.
Per maggiore chiarezza si precisa che preferibilmente i numeri di coppia e velocit? sopra menzionati sono valori di picco che possono generare gli attuatori e quindi non una coppia fissa.
Il secondo attuatore 42 pu? comprendere un secondo motore preferibilmente elettrico e opportunamente un secondo riduttore preferibilmente armonico.
Il secondo motore pu? essere elettrico.
L?organo di trasmissione 4 pu? comprendere un cinematismo 43 configurato per sfruttare gli attuatori 41 e 42 per comandare detta rotazione.
Il cinematismo 43 ? configurato per selettivamente porre gli attuatori 41 e 42 in connessione cinematica (ossia una connessione tale da permettere al moto in uscita da almeno un attuatore 41 e/o 42 di comandare detta rotazione) con il primo attacco 2.
Preferibilmente esso ? configurato per definire una configurazione a bassa spinta e una configurazione ad alta spinta.
Nella configurazione a bassa spinta il cinematismo 43 pone il solo attuatore 41 in connessione cinematica con l?attacco 2. In dettaglio in questa configurazione il primo attuatore 41 ? cinematicamente connesso all?attacco 2 e il secondo attuatore 42 ? cinematicamente disconnesso cos? che solo il primo attuatore 41 comanda detta rotazione.
Pertanto, in questa configurazione il primo attuatore 41 pu? ruotare opportunamente per un angolo pressoch? non superiore a detto angolo di rotazione. Il secondo 42 rimane sostanzialmente fermo.
Nella configurazione a bassa spinta la massima coppia di rotazione esprimibile dall?organo di trasmissione 4 pu? essere sostanzialmente non superiore alla prima coppia.
Preferibilmente nella configurazione a bassa spinta la massima velocit? di rotazione esprimibile dall?organo di trasmissione 4 ? sostanzialmente non superiore alla prima velocit?.
Nella configurazione ad alta spinta il cinematismo 43 pone entrambi gli attuatori 41 e 42 in connessione cinematica con l?attacco 2 cos? che sia il primo attuatore 41 sia il secondo attuatore 42 comandano detta rotazione.
In questa configurazione gli attuatori 41 e 42 possono ruotare simultaneamente e in dettaglio con stessa velocit? per almeno detto angolo di rotazione. Preferibilmente nella configurazione ad alta spinta gli attuatori 41 e 42 ruotano in un solo verso di rotazione simultaneamente e opportunamente con stessa velocit? di rotazione per almeno detto angolo di rotazione. Nell?altro verso gli attuatori 41 e 42 possono ruotare in modo indipendente tra loro per almeno detto angolo di rotazione.
Nella configurazione ad alta spinta la massima coppia di rotazione esprimibile dall?organo di trasmissione 4 pu? essere sostanzialmente superiore alla prima coppia e in dettaglio sostanzialmente compresa tra la prima coppia e la somma di detta prima coppia e detta seconda coppia.
Preferibilmente nella configurazione ad alta spinta la massima velocit? di rotazione esprimibile dall?organo di trasmissione 4 ? sostanzialmente inferiore alla prima e in dettaglio pressoch? non superiore alla seconda velocit?.
Riassumendo il cinematismo 43 ? configurato per selettivamente definire o sciogliere un vincolo rotazionale tra gli attuatori 41 e 42. In configurazione a bassa spinta il cinematismo 43 non definisce il vincolo rotazionale tra gli attuatori 41 e 42, mentre in configurazione ad alta spinta esso definisce il vincolo rotazionale tra gli attuatori 41 e 42.
Preferibilmente detto cinematismo 43 ? configurato per selettivamente definire o sciogliere un vincolo rotazionale in un solo verso di rotazione.
Il cinematismo 43 pu? comprendere una prima ruota 431 configurata per ricevere il moto in uscita dal primo attuatore 41; una seconda ruota 432 configurata per ricevere il moto in uscita dal secondo attuatore 42; e un connettore 433 configurato per selettivamente permettere o impedire un passaggio di moto tra le ruote 431 e 432.
La prima ruota 431 pu? essere solidale a un attacco e in particolare al primo attacco 2.
Preferibilmente le ruote 431 e 432 sono pulegge.
La seconda ruota pu? avere raggio sostanzialmente maggiore della prima ruota. Il connettore 433 ? configurato per permettere alla seconda ruota 432 (ossia al secondo attuatore 42) di comandare la rotazione tra gli attacchi 2 e 3 e per la precisione tra l?articolazione protesica 1 e la protesi 1a esclusivamente attraverso la prima ruota 431 (ossia il primo attuatore 41).
In configurazione a bassa spinta il connettore 433 impedisce un passaggio di moto tra le ruote 431 e 432 preferibilmente per almeno detto angolo di rotazione. Esso pu? cos? permettere alla prima ruota 431 di ruotare (opportunamente di almeno detto angolo di rotazione) lasciando la seconda ruota 432 sostanzialmente ferma. In configurazione ad alta spinta il connettore 433 permette un passaggio di moto tra le ruote 431 e 432 preferibilmente per almeno detto angolo di rotazione. Esso pu? cos? imporre alle ruote 431 e 432 di ruotare in modo sincrono di angoli proporzionali tra loro in accordo ai raggi e/o opportunamente per almeno detto angolo di rotazione.
In una forma preferita di realizzazione non limitativa il connettore 433 pu? essere identificato in almeno un cavo sotteso tra le ruote 431 e 432 e opportunamente ciascuna ruota 431 e 432 pu? essere una puleggia cui detto cavo ? vincolato in corrispondenza della gola.
Al fine di avere un passaggio di moto tra le ruote 431 e 432 (ossia tra gli attuatori 41 e 42) in un solo verso di rotazione il connettore 433 pu? essere identificato in un solo cavo con una estremit? solidale alla prima ruota 431, l?altra estremit? solidale alla seconda ruota 432 e una sola porzione sottesa tra le due ruote 431 e 432. Il cavo pu? essere in fibre sintetiche quale polietilene ad alto modulo (HMPE), detto anche polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE, UHMW) commercialmente noto con il marchio Dyneema?.
La lunghezza del connettore 433 pu? essere sostanzialmente pari alla distanza tra gli assi di rotazione delle ruote 431 e 432, alla porzione di cavo avvolta su ciascuna ruota; e all?arco definito dal raggio di una ruota 431 e 432 (in dettaglio la seconda) moltiplicato l?angolo di rotazione di detta ruota corrispondente all?angolo di rotazione dell?articolazione protesica 1.
In configurazione a bassa spinta il cavo (ossia il connettore 433) pu? essere lasco cos? da permettere alla prima ruota 431 di ruotare rispetto alla seconda ruota 432 sfruttando tale condizione del cavo. In configurazione ad alta spinta il cavo pu? essere teso cos? che una rotazione tra la protesi 1a e 1b sia possibile solo producendo un movimento sincrono delle ruote 432 e 431.
Al fine di mantenere il cavo (ossia il connettore 433) nelle gole, il cinematismo 43 pu? comprendere un tensionatore 434 configurato per mantenere in posizione (in dettaglio nelle gole) il connettore 433.
Il tensionatore 434 ? configurato per assicurare al cavo (ossia il connettore 433) una tensione minima sostanzialmente inferiore a quella di fermo del secondo attuatore 42, ossia inferiore alla resistenza del secondo attuatore 42 al passaggio da una condizione di arresto a una di movimento.
Il tensionatore 434 pu? comprendere un braccio 434a solidale all?attacco 3, una ruota di spinta 434b sul connettore 433; un supplementare braccio 434c incernierante la ruota di spinta 434b a sbalzo rispetto al braccio 434ab; e una molla configurata per lavorare in opposizione a un tensionamento del cavo. Detta molla essendo precaricata cos? da assicurare detta tensione minima al cavo.
Il funzionamento dell?articolazione protesica 1 attiva precedentemente descritta in termini strutturali ? il seguente.
Inizialmente l?articolazione protesica 1 si presenta in configurazione a bassa spinta e quindi il cinematismo 43 non definisce il vincolo rotazionale tra gli attuatori 41 e 42. Il cavo (ossia il connettore 433) si presenta lasco lasciando il secondo attuatore 42 cinematicamente disconnesso da entrambi gli attuatori 41 e 42 il solo primo attuatore 41 cinematicamente connesso a un attacco 2.
In questa configurazione l?articolazione protesica 1 pu? esprimere una coppia di spinta e una velocit? rispettivamente sostanzialmente proporzionali alla prima coppia e alla prima velocit?.
Quando l?utilizzatore deve, ad esempio, affrontare una salita, comanda all?articolazione 1 il passaggio in configurazione ad alta spinta.
Pertanto, il secondo attuatore 42 ruota la seconda ruota 432 che avvolge il connettore 433 tendendolo. Opportunamente in questo periodo il primo attuatore 41 e quindi la prima ruota 431 possono rimanere sostanzialmente fermi.
Questa operazione ? eseguita in opposizione al tensionatore 434 in quanto il connettore 433, premendo sulla ruota di spinta 434b, ruota il supplementare braccio 434c rispetto al braccio 434a in opposizione alla molla.
A questo punto il cinematismo 43 definisce il vincolo rotazionale tra gli attuatori 41 e 42. Il cavo (ossia il connettore 433) ? teso ponendo entrambi gli attacchi 2 e 3 cinematicamente connessi a un attacco 2.
In dettaglio gli attuatori 41 e 42 sono vincolati dal cinematismo 43 a ruotare all?unisono in un verso di rotazione per almeno detto angolo di rotazione. Quindi gli attuatori 41 e 42 possono scaricare la propria coppia sull?articolazione 1 che quindi ? in grado di esprimere una massima coppia di rotazione data dalla somma della prima e della seconda coppia.
Si evidenzia inoltre come essendo entrambi gli attuatori 41 e 42 tra loro connessi la velocit? massima raggiungibile ? limitata a quella del secondo attuatore 42.
Raggiunta la configurazione ad alta spinta l?utilizzatore pu? affrontare la salita. Terminata la salita, si ha il ritorno in configurazione a bassa spinta.
Il secondo attuatore 42 ruota la seconda ruota 42 in verso opposto al precedente svolgendo il connettore 433 che diventa lasco. Opportunamente in questo periodo il primo attuatore 41 e quindi la prima ruota 431 possono rimanere sostanzialmente fermi.
Allo stesso tempo il tensionatore 434, sfruttando l?energia prima accumulata, tende il connettore 433) a detta tensione minima, ossia a una tensione inferiore a quella di fermo del secondo attuatore 42 che, quindi, pu? rimanere fermo durante la movimentazione del primo attuatore 41.
L?invenzione introduce un innovativo procedimento di movimentazione attuabile tramite l?articolazione protesica 1 attiva secondo l?invenzione.
Il procedimento di movimentazione pu? comprendere almeno una fase di movimentazione in cui l?articolazione protesica 1 si trova in configurazione a bassa spinta o in configurazione ad alta spinta.
In ciascuna fase di movimentazione l?organo di movimentazione 4, sfruttando il primo attuatore 41 e in alcuni casi il secondo attuatore 42, movimenta l?articolazione 1 e quindi una rotazione tra le protesi 1a e 1b e in dettaglio tra l?articolazione protesica 1 e la protesi 1a.
Preferibilmente esso comprende pi? fasi di movimentazione differenzianti tra loro per la configurazione assunta dall?articolazione protesica 1. Ad esempio, il procedimento pu? prevedere in sequenza una prima fase di movimentazione con l?articolazione 1 in configurazione a bassa spinta, una seconda fase di movimentazione con l?articolazione 1 in configurazione ad alta spinta e una terza fase di movimentazione con l?articolazione 1 in configurazione a bassa spinta. Nella prima e nella terza fase di spinta, il solo primo attuatore 41 ? cinematicamente connesso all?attacco 2 e quindi solo esso comanda la rotazione tra le protesi 1a e 1b e quindi tra l?articolazione protesica 1 e la protesi 1a.
Nella seconda fase di spinta entrambi gli attuatori 41 e 42 sono cinematicamente connessi ad almeno un attacco 2 e/o 3 e quindi sia il primo attuatore 41 sia il secondo attuatore 42 comandano detta rotazione.
Il procedimento di movimentazione pu? comprendere almeno una fase di cambio di configurazione in cui l?articolazione protesica 1 varia la propria configurazione tra quella a bassa spinta e quella ad alta spinta
In ogni fase di cambio di configurazione il cinematismo 43 selettivamente definisce o scioglie il suddetto vincolo rotazionale tra gli attuatori 41 e 42 comandando un moto reciproco tra gli attuatori 41 e 42.
Tale operazione ? eseguita tramite una rotazione tra gli attuatori 41 re 42 e quindi tra le ruote 431 e 432 che rendono rispettivamente teso o lasco il connettore 433. Preferibilmente, il procedimento prevede una fase di cambio di configurazione interposta tra due attigue fasi di movimentazione. Pertanto, in riferimento al suddetto esempio il procedimento pu? prevedere in sequenza una prima fase di movimentazione con l?articolazione 1 in configurazione a bassa spinta; una prima fase di cambio di configurazione in cui l?articolazione 1 passa dalla configurazione a bassa spinta a quella ad alta spinta; una seconda fase di movimentazione in cui l?articolazione protesica 1 ? in configurazione ad alta spinta; una seconda fase di cambio di configurazione in cui l?articolazione 1 passa dalla configurazione ad alta spinta a quella a bassa spinta; e una terza fase di movimentazione in cui l?articolazione 1 ? in configurazione a bassa spinta.
Nella prima fase di cambio di configurazione il secondo attuatore 42 comanda una rotazione della seconda ruota 432 che avvolge il connettore 433 tendendolo e quindi realizzando detto vincolo rotazionale tra gli attuatoti 41 e 42. In questa prima fase il primo attuatore 41 e quindi la prima ruota 431 possono rimanere fermi.
Nella seconda fase di cambio di configurazione il secondo attuatore 42 comanda una rotazione della seconda ruota 432 in verso opposto a quella della prima fase di cambio di configurazione. Tale rotazione della seconda ruota 432 svolge il connettore 433 rendendolo lasco e quindi sciogliendo detto vincolo rotazionale. In questa seconda fase il primo attuatore 41 e quindi la prima ruota 431 possono rimanere fermi.
L?articolazione protesica 1 attiva e quindi il procedimento di movimentazione secondo l?invenzione conseguono importanti vantaggi.
Infatti, l?articolazione protesica 1 e quindi il procedimento di movimentazione sono in grado di variare, in modo semplice e pratico, la propria configurazione tra quella a bassa spinta e quella ad alta spinta assicurando la potenza ottimale a seconda della potenza richiesta dalla specifica attivit?.
Un vantaggio risiede nel fatto che l?articolazione protesica 1 e quindi il procedimento di movimentazione sono semplici e pratici da comandare e utilizzare.
Un altro importante vantaggio ? rappresentato dal fatto che, rispetto alle note articolazioni prostetiche attive, l?articolazione protesica 1 presenta ingombri ridotti e in dettaglio pressoch? assimilabili a quella di una normale articolazione.
Un non secondario vantaggio ? da identificarsi nel ridotto peso che caratterizza l?articolazione protesica 1.
Un ulteriore vantaggio ? la semplicit? meccanica dell?articolazione protesica 1 che, quindi presenta bassi costi sia in produzione sia in manutenzione.
L?invenzione ? suscettibile di varianti rientranti nell'ambito del concetto inventivo definito dalle rivendicazioni. In tale ambito tutti i dettagli sono sostituibili da elementi equivalenti e i materiali, le forme e le dimensioni possono essere qualsiasi.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Articolazione protesica (1) configurata per ruotare reciprocamente una prima protesi (1a) e una seconda protesi (1b) e comprendente:
- un attacco (2) di detta articolazione protesica (1) a detta prima protesi (1a); - un supplementare attacco (3) di detta articolazione protesica (1) a detta seconda protesi (1b);
- un organo di movimentazione (4) configurato per comandare una rotazione tra detti attacchi (2, 3) e quindi tra dette protesi (1a, 1b) definendo per detta rotazione una coppia di spinta;
e caratterizzato dal fatto che detto organo di movimentazione (4) comprende - un primo attuatore (41) definente per detta rotazione una prima coppia; - un secondo attuatore (42) definente per detta rotazione una seconda coppia sostanzialmente maggiore di detta prima coppia; e
- un cinematismo (43) configurato per sfruttare detti attuatori (41 ,42) per comandare detta rotazione; detto cinematismo (43) essendo configurato per selettivamente definire o sciogliere un vincolo rotazionale tra detti attuatori (41, 42) definendo
o una configurazione a bassa spinta in cui detto primo attuatore (41) ? cinematicamente connesso a detto attacco (2) e detto secondo attuatore (42) ? cinematicamente disconnesso da detto attacco (2) cos? che esclusivamente detto primo attuatore (41) comandi detta rotazione definendo una massima coppia di rotazione sostanzialmente non superiore a detta prima coppia e
o una configurazione ad alta spinta in cui entrambi detti attuatori (41, 42) sono cinematicamente connessi a detto attacco (2) cos? che sia detto primo attuatore (41) sia detto secondo attuatore (42) comandino detta rotazione definendo una massima coppia di rotazione sostanzialmente compresa tra detta prima coppia e la somma di detta prima coppia e detta seconda coppia.
2. Articolazione protesica (1) secondo la rivendicazione 1, in cui in detta configurazione ad alta spinta detti attuatori (41, 42) sono cinematicamente connessi in un solo verso di rotazione.
3. Articolazione protesica (1) secondo almeno una precedente rivendicazione, in cui detta prima coppia ? sostanzialmente tra 75 Nm e 25 Nm e detta seconda coppia ? sostanzialmente compresa tra 150 Nm e 50 Nm.
4. Articolazione protesica (1) secondo almeno una precedente rivendicazione, in cui detto primo attuatore (41) definente per detta rotazione una prima velocit? e detto secondo attuatore (42) definente per detta rotazione una seconda velocit? sostanzialmente inferiore a detta prima velocit?; e in cui in detta configurazione a bassa spinta detta rotazione definisce una massima velocit? di rotazione sostanzialmente non superiore a detta prima velocit? e in detta configurazione ad alta spinta detta rotazione definisce una massima velocit? di rotazione sostanzialmente non superiore a detta seconda velocit?.
5. Articolazione protesica (1) secondo la precedente rivendicazione, in cui detta prima velocit? ? sostanzialmente compresa tra 100 giri/min e 50 giri/min e detta seconda velocit? ? sostanzialmente compresa tra 50 giri/min e 15 giri/min.
6. Articolazione protesica (1) secondo almeno una precedente rivendicazione, in cui detto cinematismo (43) comprende una prima ruota (431) configurata per ricevere il moto in uscita da detto primo attuatore (41), una seconda ruota 432 configurata per ricevere il moto in uscita da detto secondo attuatore (42) e un connettore 433 configurato per impedire un passaggio di moto tra dette ruote (431; 432) in detta configurazione a bassa spinta e per permettere un passaggio di moto tra dette ruote (431; 432) in detta configurazione ad alta spinta.
7. Articolazione protesica (1) secondo la precedente rivendicazione, in cui detto connettore (433) ? un solo cavo presentate una prima estremit? solidale a detta prima ruota (431), una seconda estremit? solidale a detta seconda ruota (432) e una sola porzione sottesa tra le due ruote (431, 432).
8. Articolazione protesica (1) secondo la precedente rivendicazione, in cui detto cavo ? in fibre sintetiche quale polietilene ad alto modulo.
9. Articolazione protesica (1) secondo almeno una rivendicazione 7-8, in cui detto cavo ? lasco in detta configurazione a bassa spinta e teso in detta configurazione ad alta spinta.
10. Procedimento di movimentazione comprendente un?articolazione protesica (1) secondo almeno una precedente rivendicazione; detto procedimento di movimentazione comprendendo
- una pluralit? di fasi di movimentazione differenzianti tra loro per la configurazione assunta da detta articolazione protesica (1);
- almeno una fase di cambio di configurazione ciascuna delle quali interposta tra due di dette fasi di movimentazione; in ciascuna di detta almeno una fase di cambio di configurazione detto cinematismo (43) comandando una rotazione tra detti attuatori (41, 42)
o definisce detto vincolo rotazionale tra detti attuatori (41, 42) ponendo sia detto primo attuatore (41) sia detto secondo attuatore (42) cinematicamente connessi a detto attacco (2) cos? che entrambi detti attuatori (41, 42) comandano detta rotazione definendo una massima coppia di rotazione sostanzialmente compresa tra detta prima coppia e la somma di detta prima coppia e detta seconda coppia, o scioglie detto vincolo rotazionale tra detti attuatori (41, 42) ponendo detto primo attuatore (41) cinematicamente connesso a detto attacco (2) e detto secondo attuatore (42) ? cinematicamente disconnesso da detto attacco (2) cos? che esclusivamente detto primo attuatore (41) comandi detta rotazione definendo una massima coppia di rotazione sostanzialmente non superiore a detta prima coppia
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2010208020A1 (en) * 2009-01-30 2011-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Powered artificial knee with agonist-antagonist actuation
US20130261766A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Ossur Hf Powered prosthetic hip joint
US20190175365A1 (en) * 2005-03-31 2019-06-13 Massachusetts Institute Of Technology Powered Ankle-Foot Prosthesis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190175365A1 (en) * 2005-03-31 2019-06-13 Massachusetts Institute Of Technology Powered Ankle-Foot Prosthesis
AU2010208020A1 (en) * 2009-01-30 2011-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Powered artificial knee with agonist-antagonist actuation
US20130261766A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Ossur Hf Powered prosthetic hip joint

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