ITPI20080028A1 - Dispositivo coadiuvante nell' impostazione degli arti inferiori e nell' esecuzione dell' attivita' del cammino. - Google Patents
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Description
Descrizione annessa alla domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: DISPOSITIVO COADIUVANTE NELL’IMPOSTAZIONE DEGLI ARTI INFERIORI E NELL’ESECUZIONE DELL’ATTIVITA’ DEL CAMMINO.
SETTORE TECNICO
La presente invenzione concerne un dispositivo di tipo sportivo e/o fisioterapico per uso personale, coadiuvante nella corretta impostazione del passo durante il cammino, di ausilio nel recupero dell’attività funzionale in seguito ad una patologia e atto, inoltre, a favorire l’esecuzione di prestazioni migliori nell’attività di marcia, consentendo un risparmio energetico durante tale attività.
S<TATO DELL>’<ARTE>
Ad oggi i sistemi adottati per migliorare l'efficacia del cammino riguardano soprattutto accorgimenti aventi lo scopo di migliorare la stabilità di appoggio del piede con il terreno, sia durante la fase di impatto, sia durante la fase di spinta.
Tali accorgimenti sono usualmente inseriti, sotto forma di suole elastiche e plantari modellati, in calzature studiate appositamente per favorire una corretta postura e migliorare le prestazioni durante il cammino.
Tali dispositivi però, indipendentemente dalla loro qualità costruttiva, svolgono la propria azione restituendo l’energia accumulata sotto forma di forza elastica esclusivamente sull'arto dove sono indossati e secondo una sola frequenza di risonanza, determinata dai materiali utilizzati, mentre non sono assolutamente in grado di trasferire tale energia all'arto inferiore controlaterale. Per questo motivo, perciò, non sono in grado di compensare le piccole o grandi differenze dimensionali che si possono riscontrare tra agli arti e che possono essere causa di patologie posturali, né sono in grado di ottimizzare il recupero dell’energia spesa nel cammino in modo da aumentare le prestazioni e diminuire il dispendio energetico.
SINTESI DELL’INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è quello di eliminare i suddetti ed altri inconvenienti fornendo un dispositivo coadiuvante dell’impostazione del passo in grado di utilizzare la forza esercitata da un piede durante la fase in cui il piede appoggia al suolo e inizia la flessione plantare per trasmetterla all'arto controlaterale nei tempi e nelle direzioni per esso fisiologiche, favorendo così una corretta esecuzione del movimento.
Ulteriore scopo della presente è proporre un dispositivo coadiuvante dell’attività del cammino, in grado di accumulare energia durante la fase in cui il piede appoggia al suolo e inizia la flessione plantare e di trasmetterla all'arto controlaterale nei tempi e nelle direzioni più idonee a ridurre il dispendio energetico e migliorare, quindi le prestazioni dell’attività del cammino.
Gli scopi suddetti vengono raggiunti mediante un dispositivo coadiuvante dell’attività del cammino atto a trasferire forze tra gli arti inferiori e a migliorare la postura degli stessi durante il ciclo del passo, caratterizzato dal fatto di comprendere: mezzi destri e sinistri di attacco (1, 1A) ad una calzatura rispettivamente destra e sinistra, atti a creare un sistema sostanzialmente rigido tra detti mezzi di attacco e le suola della calzatura a cui sono connessi; mezzi di reazione destri e sinistri (7, 7A) sostanzialmente rigidi e connessi tra loro ad una loro estremità tramite vincoli a cerniera sferica, e connessi ai rispettivi mezzi di attacco (1, 1A) alla loro estremità opposta tramite ulteriori vincoli a cerniera sferica; mezzi a leva destri e sinistri (3, 3A) connessi tra loro ad una loro estremità, ed ai rispettivi mezzi di attacco (1, 1A) alla loro estremità opposta, la connessione a detti mezzi di attacco essendo costituita da vincoli a cerniera cilindrica atti a permettere la rotazione intorno ad un asse sostanzialmente parallelo all’asse longitudinale della calzatura a cui sono vincolati detti mezzi di attacco (1, 1A); e mezzi di connessione (5) tra la cerniera sferica di vincolo reciproco di detti mezzi di reazione destri e sinistri (7, 7A) e i mezzi di collegamento reciproco di detti mezzi a leva destri e sinistri (3, 3A).
Le rivendicazioni dipendenti della presente domanda evidenziano soluzioni costruttive particolarmente vantaggiose del dispositivo dell’invenzione in cui il sistema cinematico costituito da detti mezzi di reazione, detti mezzi a leva, detti mezzi di connessione ed i rispettivi vincoli, trasferisce, tramite detti mezzi di attacco, l’energia prodotta in prossimità dell’arto inferiore che, durante l’esecuzione del passo, sta entrando in contatto con il suolo, all’arto inferiore controlaterale che sta entrando nella fase di distacco dal suolo, detto sistema cinematico applicando su detti arti inferiori forze atte a favorire il corretto posizionamento degli arti inferiori stessi, in particolare dei piedi.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
L'originalità, la funzionalità ed i vantaggi associati al dispositivo dell’invenzione, risulteranno peraltro più facilmente comprensibili mediante l’illustrazione di un esempio di realizzazione, non limitativo, come di seguito descritto con l’ausilio delle tavole di disegno allegate, nelle quali:
- la tavola 1 rappresenta una vista frontale di un apparato secondo l’invenzione durante una fase di utilizzo;
- la tavola 2 rappresenta una vista posteriore del dispositivo di fig.1;
- la tavola 3 rappresenta una vista laterale di alcuni componenti del dispositivo di tav.1;
- la tavola 4 rappresenta una vista laterale del dispositivo di tav.1 in una fase di utilizzo;
- la tavola 5 rappresenta una vista laterale analoga alla vista di tav.4 in una diversa fase di utilizzo;
- la tavola 6 rappresenta una vista laterale analoga alla vista di tav.4 in una ulteriore diversa fase di utilizzo.
DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE
Con riferimento alle tavole 1 e 2 sono evidenziate schematicamente due staffe, 1 e 1A, collegate rigidamente a normali calzature tramite bulloni che attraversano trasversalmente la suola delle calzature. Sulle staffe 1 ed 1A sono innestati due elementi di comando, rispettivamente 2 e 2A, a cui sono vincolate, tramite una cerniera cilindrica ad asse parallelo all’asse longitudinale della calzatura, due leve, 3 e 3A, e a cui sono vincolate anche, tramite snodi sferici, 6 e 6A, due aste di reazione, 7 e 7A.
Una volta connessi, la staffa 1 e il rispettivo elemento di comando 2 costituiscono i mezzi di attacco che formano un unico sistema rigido con la rispettiva calzatura a cui sono vincolati. Analogamente avviene per il sistema rigido costituito dalla calzatura dell’arto inferiore controlaterale, la staffa 1A e l’elemento di comando 2A.
Le aste di reazione 7 e 7A presentano l’estremità superiore connessa reciprocamente in modo da permettere l’articolazione, tale connessione essendo realizzata tramite due ulteriori snodi sferici, 8 e 8A, vincolati ad un elemento circolare centrale, 9, così da permettere al sistema cinematico composto dalle calzature, dai mezzi di attacco 1, 1A, 2 e 2A, dalle aste 7 e 7A e dal loro elemento di giunzione 9, movimenti di pura oscillazione sul piano sagittale, movimenti di divaricazione sul piano frontale, nonché movimenti complessi prodotti dalla loro combinazione.
Le leve 3 e 3A sono connesse tra loro per mezzo di due cavi inestensibili, 4 e 4A, che sono a loro volta connessi, alla loro estremità libera, ad una molla, 5, vincolata in modo da lavorare a trazione tra i suddetti cavi 4 e 4A e l’elemento circolare centrale 9. Un cavo 10, connesso alla molla 5, e scorrevole in una guaina, 11, permette, inoltre, la regolazione del precarico della molla 5 tramite un pomello a vite, non rappresentato nelle tavole e tra l’altro di tecnica nota, con il quale è possibile variare la risposta del dispositivo in base alle caratteristiche dell’utente e all’utilizzo che se ne intende fare, regolando la rigidità del sistema in modo da costituire un sistema oscillante sincrono con l’oscillazione degli arti inferiori oppure portando la rigidità a valori tali che la forza sviluppata da un arto si trasferisce in maniera pressoché diretta all’arto controlaterale senza accumulo di energia potenziale elastica da parte del sistema elastico del dispositivo.
La vista di insieme di tav.1 mette in evidenza come gli arti inferiori possano adottare qualsiasi postura senza subire alcuna limitazione da parte del dispositivo dell’invenzione.
La vista da dietro di tav.2 evidenzia, invece, la perfetta simmetria rispetto al piano sagittale mediano di questa specifica forma realizzativa del dispositivo dell’invenzione.
In tav.3 è mostrato l’emilato sinistro del dispositivo, in cui è visibile lo snodo sferico 6 che collega l’elemento di comando sinistro 2 con la corrispondente asta di reazione 7 in corrispondenza del malleolo interno sinistro e si evidenzia così come qualsiasi variazione di inclinazione del piede si rifletta, tramite la calzatura indossata, sull’elemento di comando 2 che tende a variare la sua inclinazione rispetto all’asta di reazione e, viceversa, qualsiasi variazione dell’inclinazione dell’asta di reazione rispetto al rispettivo elemento di comando tende a provocare una analoga inclinazione della calzatura e del piede.
Nella vista laterale di tav.4 è mostrata la configurazione assunta dal dispositivo durante la fase in cui l’arto sinistro impatta con il suolo e avviene il trasferimento di carico che provoca la flessione plantare del piede e quindi la conseguente variazione dell’angolo presente tra l’elemento di comando 2A e l’asta di reazione 7A. Tale variazione provoca l’aumento della distanza tra l’estremità superiore della leva 3A, dove è ancorato il cavo 4A, e l’elemento circolare centrale 9, causando, quindi, l’allungamento della molla 5. La forza di richiamo elastico della molla si trasmette, attraverso il complesso cavo 4, leva 3 e mezzi di attacco 1 e 2, alla calzatura e quindi al piede dell’altro lato. Come è facilmente intuibile tale forza di richiamo elastico tenderebbe a far sollevare il piede destro e a provocare la flessione plantare del piede destro, che però sono impediti fino a che sull’arto grava una quantità di peso corporeo sufficiente a generare una forza di reazione che stabilizza i segmenti dell’arto e un attrito sufficiente con il terreno che ancora il piede al suolo.
Si evidenzia inoltre come l’inclinazione sul piano frontale presente tra l’elemento di comando sinistro 2A e la leva 3A ad esso incernierata costituisca una resistenza eccentrica che induce il piede ad una rotazione interna durante la prima fase di caricamento, concordemente ai dati relativi alla fisiologia del cammino indicanti che durante la fase di contatto si verifica una intra-rotazione dell’anca.
Nella tavola 5 è mostrata una successiva fase dell’attività di esecuzione del passo, e quindi di funzionamento del dispositivo dell’invenzione, in cui l’arto destro, privo ormai della stabilizzazione dovuta al carico del peso corporeo, inizia un movimento complesso di spinta e parziale recupero in cui è possibile riconoscere una flessione plantare del piede, una flessione del ginocchio e una flessione di anca. Tale movimento complesso è assistito dall’energia potenziale elastica accumulata nella molla 5 che, agendo tramite il cavo 4 sulla leva destra 3, provoca una diminuzione dell’angolo individuato nel piano sagittale mediano tra il gruppo costituito dalla leva 3 e dai mezzi di attacco 1 e 2, con l’asta 7, ed un riallineamento di quest’ultima con l’asta controlaterale 7A. L’inclinazione presente tra l’elemento di comando destro 2 e la leva 3 fa sì che l’energia accumulata dalla molla provochi non solo una variazione dell’inclinazione dell’elemento di comando, ma anche una sua rotazione sull’asse longitudinale inducendo quindi una rotazione esterna dell’arto, un evento, anche in questo caso, in accordo con i dati in nostro possesso che indicano una extrarotazione dell’anca nella fase di pre-oscillazione, ovvero nell’ultima fase dell’appoggio.
Nella tavola 6 è mostrata una ulteriore fase che può essere individuata nell’esecuzione del passo in cui viene completato il recupero dell’arto destro che perde il contatto con il suolo e, dopo aver affiancato l’arto controlaterale, si porta in avanti per andare poi a trovare il contatto con il terreno. In tale fase le aste di reazione 7 e 7A del dispositivo sono sollecitate a riallinearsi ad opera del parziale allungamento ancora presente nella molla dopo il sollevamento del piede destro, assistendo in questo modo il recupero dell’arto e, contemporaneamente, in virtù dell’inerzia opposta da tale arto al recupero, l’estensione dell’anca sinistra che provoca l’avanzamento. In tale tavola è inoltre evidente come le aste di reazione, grazie agli snodi di cui sono dotate, non diano luogo ad impuntamenti del dispositivo durante la fase di oscillazione dell’arto destro, in cui questo si stacca dal suolo, in quanto tendono ad inclinarsi verso l’arto sinistro in appoggio. Terminata tale fase il ciclo ricomincia, identico, per l’arto controlaterale.
Il dispositivo dell’invenzione sopra descritto consente un notevole risparmio energetico durante l’attività del cammino permettendo così di migliorare le prestazioni di marcia dell’utente.
Inoltre il dispositivo aiuta a trovare una corretta e fisiologica impostazione degli arti inferiori durante la suddetta attività permettendo così di correggere in modo graduale e naturale eventuali problemi posturali.
La possibilità di eseguire, anche in tempo reale, la regolazione della rigidità del sistema consente inoltre l’adattamento ad ogni tipo di utente, in funzione, in particolar modo, del peso corporeo e della forza muscolare dell’utente stesso.
Il dispositivo può essere di notevole aiuto anche in presenza di specifiche patologie che causano deficienze di deambulazione, quale ad esempio, la non perfetta simmetricità degli arti inferiori. In questo caso infatti, a seguito di attenti studi fisiologici, le parti destra e sinistra del dispositivo possono essere dimensionate anch’esse in modo non simmetrico per aiutare il recupero degli squilibri causati dalla asimmetricità degli arti.
I vantaggi suddetti rimangono certamente salvaguardati anche in presenza di ulteriori varianti.
Vantaggiosamente, infatti, le due aste di reazione sono realizzate in fibra di carbonio per motivi di leggerezza e rigidità, ma, nel caso che vi siano motivi di tipo economico o produttivo che sconsiglino l'utilizzo di tale materiale è possibile adottare altri materiali dotati di leggerezza e sufficiente rigidità come la lega di alluminio o altri materiali ancora. La forma stessa delle aste, che nell’esempio descritto sono dritte, sostanzialmente per ragioni di economicità, potrebbe variare nel caso nell’utilizzo si prevedano angoli di movimento molto ampi, prevedendo, in questo caso, aste curvilinee atte ad evitare l’impatto con gli arti inferiori.
Al posto dei vari snodi sferici potrebbero essere utilizzati snodi che prevedono una articolazione separata per ognuno dei tre piani ortogonali o la combinazione di uno snodo sferico con una o più articolazioni dotate di un solo grado di libertà, in grado di ampliare il movimento in un particolare piano.
lo snodo corrispondente alla articolazione tibio-tarsica è posizionato dal lato del malleolo mediale in modo da semplificare la costruzione e abbassare i costi di produzione, ma, nel caso si volesse ridurre l’ingombro in corrispondenza di questa zona, è possibile collocarlo dal lato del malleolo laterale, provvedendo in tale caso a rendere curva in maniera appropriata l’asta che vi si articola in modo che l’altra estremità possa articolarsi, in corrispondenza della linea mediana, con l’asta controlaterale senza collidere con gli arti inferiori.
Le modalità di connessione del dispositivo alle calzature potrebbero certamente essere anche molto diverse da quelle descritte a puro titolo esemplificativo, utilizzando specifiche solette interne alla calzatura, oppure prevedendo addirittura la realizzazione di specifiche calzature personalizzate e comprendenti i mezzi di attacco 1, 1A.
I punti di ancoraggio degli snodi sferici ed i punti di connessione della molla 5 possono essere dotati di mezzi di regolazione sia della rigidità che della lunghezza dei vari elementi, in modo da adattarsi a più utenti con misure antropometriche o esigenze diverse, oppure, nel caso si prevedano versioni del trovato personalizzate, è possibile costruire dispositivi con misure apposite.
Le facoltà di accumulo dell’energia, possedute nell’esempio realizzativo descritto grazie alla presenza della molla 5 ed alla relativa geometria di connessione ai due nodi ubicati sostanzialmente in prossimità dei due malleoli interni, potrebbero essere diversamente realizzate. In particolare, inoltre, nel caso si voglia richiedere al dispositivo prestazioni particolari, è possibile sostituire uno o entrambi i cavi 4 e 4A con altrettanti elementi elastici, mantenendo in questo caso anche la molla 5 oppure sostituendola con un cavo inestensibile.
La molla 5 potrebbe certamente essere sostituita da mezzi elastici di diverso tipo.
il sistema di regolazione della tensione del sistema elastico tramite pomello a vite garantisce dolcezza nell'azionamento, ma, se si desidera un comando più rapido, è possibile adottare un sistema a leva oppure un sistema automatico.
Infine, non è stato previsto un dispositivo di smorzamento del sistema, oltre a quello costituito dall'inerzia presentata dagli arti inferiori, ma, ritenendolo opportuno, si può prevedere un tale dispositivo inserito nelle articolazioni o lungo il decorso dei cavi. Queste ed altre modifiche e/o varianti possono essere apportate al dispositivo secondo l’invenzione senza per questo uscire dall’ambito di protezione offerto dalle rivendicazioni seguenti.
Claims (1)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1- Dispositivo coadiuvante dell’attività del cammino atto a trasferire forze tra gli arti inferiori e a migliorare la postura degli stessi durante il ciclo del passo, caratterizzato dal fatto di comprendere: - mezzi destri e sinistri di attacco (1, 1A) a calzature rispettivamente destra e sinistra, atti a creare un sistema sostanzialmente rigido tra detti mezzi di attacco e le suola della calzatura a cui sono connessi; - mezzi di reazione destri e sinistri (7, 7A) sostanzialmente rigidi e connessi tra loro ad una loro estremità tramite vincoli (9) atti ad impedire almeno gradi di libertà di traslazione, e ulteriormente connessi ai rispettivi mezzi di attacco (1, 1A) in prossimità del malleolo interno tramite ulteriori vincoli (6) atti ad impedire almeno gradi di libertà di traslazione; - mezzi a leva destri e sinistri (3, 3A) connessi tra loro ad una loro estremità tramite mezzi di connessione (4, 4A), ed ai rispettivi mezzi di attacco (1, 1A) in prossimità del malleolo interno, la connessione a detti mezzi di attacco essendo costituita da vincoli atti ad impedire gradi di libertà di traslazione ed almeno la rotazione intorno all’asse che attraversa trasversalmente la calzatura a cui sono vincolati detti mezzi di attacco (1, - mezzi di connessione (5) tra detti mezzi di reazione destri e sinistri (7, 7A) e detti mezzi di connessione (4, 4A) di detti mezzi a leva destri e sinistri (3, 3A). 2- Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti vincoli (9) comprendono cerniere sferiche (8, 8A) e detti vincoli (6, 6A) comprendono ulteriori cerniere sferiche. 3- Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detti vincoli di connessione di detti mezzi a leva (3, 3A) a detti mezzi di attacco (1, 1A) sono costituiti da cerniere cilindriche. 4- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi destri e sinistri di attacco (1, 1A) sono costituiti da staffe vincolate alle suole di dette calzature tramite mezzi a vite. 5- Dispositivo secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detti mezzi a vite attraversano la suola trasversalmente nel suo spessore. 6- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi di reazione (7, 7A) sono costituiti da aste provviste alle estremità di snodi sferici. 7- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi a leva (3, 3A) sono connessi tra loro tramite mezzi di collegamento flessibili e sostanzialmente inestensibili. 8- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6 caratterizzato dal fatto che detti mezzi a leva (3, 3A) sono connessi tra loro tramite mezzi di collegamento flessibili ed elastici. 9- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi di connessione (5) sono elastici, e vincolati in modo da esercitare forze di reazione esclusivamente di trazione e/o compressione. 10- Dispositivo secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione del precarico e/o della rigidezza di detti mezzi di connessione elastici (5). 11- Dispositivo secondo la rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione sono collegati e detti mezzi di connessione tramite un cavo passante in una guaina (11) di opportuna lunghezza, in modo da poter essere applicati alla cintura o in una tasca dell’utente di detto dispositivo. 12- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 caratterizzato dal fatto che detti mezzi di connessione (5) sono rigidi e vincolati in modo da esercitare forze di reazione esclusivamente di trazione e/o compressione. 13- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti mezzi di attacco (1, 1A) comprendono una prima porzione rigidamente e stabilmente connessa a detta calzatura ed una seconda porzione connessa a detti mezzi di reazione (7, 7A) e a detti mezzi a leva (3, 3A), detta prima e seconda porzione essendo reciprocamente vincolabili tramite mezzi di attacco rapido. 14- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione della rigidezza di almeno una di dette cerniere sferiche e/o dette cerniere cilindriche. 15- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il sistema cinematico costituito da detti mezzi di reazione, detti mezzi a leva, detti mezzi di connessione ed i rispettivi vincoli, trasferisce, tramite detti mezzi di attacco, l’energia prodotta in prossimità dell’arto inferiore che durante l’esecuzione del passo, sta entrando in contatto con il suolo, all’arto inferiore che sta entrando nella fase di distacco dal suolo, detto sistema cinematico applicando su detti arti inferiori forze atte a favorire il corretto posizionamento degli arti inferiori stessi, in particolare dei piedi.
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