ITPI20130004A1 - Struttura protesica per amputazione mano - Google Patents

Description

“SISTEMA PROTESICO PER AMPUTAZIONE DI MANOâ€

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda il settore delle protesi articolari, in seguito ad amputazioni parziali o complete degli arti superiori.

Più in dettaglio, l’invenzione riguarda un sistema di attuazione delle dita meccaniche di una protesi totale o parziale per mano comandato in funzione di dati acquisiti da sensori atti a rilevare le intenzioni del paziente.

Descrizione della tecnica nota

Come noto, negli ultimi anni la tecnologia protesica ha compiuto notevoli passi in avanti, in particolare, grazie alla possibilità di miniaturizzare i componenti elettronici e meccanici, e realizzare software sempre più in grado di simulare comportamenti analoghi a quelli anatomici.

In particolare, sono state sensibili le evoluzioni relative alla trasmissione meccanica e alla computazione elettronica adottate per la movimentazione dell'organo di presa finale, in quanto il campo delle protesi per mano risulta forse il campo più importante nel settore della tecnologia protesica.

La sostituzione di una mano, o di singole falangi, à ̈, infatti, molto richiesta per l’elevata frequenza di amputazioni che avvengono in questa zona del corpo, ad esempio, in conseguenza di incidenti sul lavoro o altre cause quali incidenti stradali.

Le evoluzioni sopra dette hanno quindi permesso alle protesi di mano più recenti sia di ottenere una elevata biomimetica, sia di poter effettuare configurazioni di presa più complesse rispetto a quelle ottenibili con le prime protesi elettromeccaniche.

Tuttavia, non à ̈ banale realizzare protesi per mani o singole falangi in grado realmente di soddisfare le aspettative di un paziente. Infatti, la movimentazione delle dita di una mano risulta estremamente complessa da riprodurre, per l’elevato numero di parti anatomiche, in particolare articolazioni, tendini e muscoli presenti in una mano.

In commercio esistono diverse soluzioni di protesi per la mano, o per singole falangi. Tali soluzioni si differenziano le une dalle altre soprattutto per il tipo di attuazione utilizzata nella movimentazione delle dita.

Nei documenti US2008319553A1 e WO2010018358A2, ad esempio, sono descritte protesi in cui gli attuatori vengono disposti in corrispondenza del palmo della protesi stessa.

In particolare, in US2008319553A1 à ̈ previsto un telaio al quale à ̈ articolato almeno una protesi di un dito che ruota su un asse tramite un attuatore e una trasmissione, entrambi posti nel palmo.

In WO2010018358A2 invece à ̈ presente un attuatore per ciascun dito della protesi. Le dita risultano quindi, in questo caso, indipendenti tra loro, ma necessitano comunque che sia presente una struttura completa della mano per poter posizionare gli attuatori.

Tali soluzioni presentano l’inconveniente, non trascurabile, di non permettere la sostituzione di singole dita, ma di aver bisogno necessariamente di sostituire l’arto nella sua completezza.

Tale inconveniente applicativo viene risolto in documenti come US2010191343A1 e WO2007063266A1, in cui gli attuatori sono posti in remoto nelle dita stesse.

Tuttavia, queste ultime soluzioni presentano problemi ulteriori.

In particolare, il documento US2010191343A1 descrive una protesi avente un’attuazione delle dita pesante ed ingombrante. A causa dell’ingombro elevato, non à ̈ possibile realizzare mani di piccola taglia, necessaria invece per una buona biomimetica in caso il paziente sia una donna o un bambino. Inoltre, il peso eccessivo può comportare carichi in corrispondenza del moncone del paziente, che portano ad affaticare la muscolatura, in particolare, in corrispondenza della zona di interfaccia tra moncone e protesi.

Il documento WO2007063266A1, infine, cerca di risolvere il problema dell’ingombro e del peso, tramite un’articolazione falangea più semplice.

Tuttavia, la soluzione proposta risulta altamente rigida. In particolare, un’eccessiva rigidezza delle falangi comporta un’incapacità da parte della protesi di ammortizzare i carichi di punta che vengono esercitati, anche incidentalmente, sulle dita. Tali carichi vengono dunque trasferiti integralmente al moncone dell’utente, risultando affaticanti e dolorosi.

Vi à ̈ poi la parte sensoristica delle protesi per mano, ovvero quella parte che si occupa di interpretare e trasmettere informazioni riguardo la volontà del paziente per effettuare movimentazioni più vicine possibili a quelle desiderate.

In questo campo, al contrario di quanto avvenuto per la trasmissione meccanica e la computerizzazione elettronica, non sono state compiute significative evoluzioni nel corso degli ultimi anni.

Le tecniche adottate prevedono generalmente un'acquisizione di segnali elettromiografici, o mioelettrici, tramite sensori EMG disposti in contatto con la cute del moncone del paziente. In tal modo, à ̈ possibile rilevare l’attività muscolare del moncone del paziente tramite una misurazione di differenze di potenziale elettrico che si verificano a livello cutaneo.

Un esempio di tale tecnica à ̈ riportato nel documento WO0113778, nel quale viene fatto uso di uno o più sensori EMG per la rilevazione delle contrazioni muscolari del paziente e il conseguente comando di movimentazione della protesi.

Tuttavia, per garantire una sufficiente precisione delle rilevazioni à ̈ necessario l’utilizzo di più di un sensore EMG.

Più in dettaglio, solitamente viene utilizzato un primo sensore EMG disposto in corrispondenza del muscolo agonista ed un secondo sensore EMG disposto in corrispondenza del muscolo antagonista.

Questo comporta un notevole dispendio economico a causa degli alti prezzi di mercato dei sensori EMG.

Inoltre, il posizionamento di un sensore EMG comporta una fase di localizzazione della zona cutanea dove il segnale elettrico ha intensità maggiore, e tale zona, come comprensibile, varia da paziente a paziente.

Un sistema di sensoristica che faccia uso solo di sensori EMG comporta quindi una customizzazione della protesi che fa lievitare ulteriormente i costi del prodotto.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un sistema protesico per mano in grado di rilevare le intenzioni del paziente, attraverso l’acquisizione di una serie di dati, ed attuare le dita meccaniche di una protesi totale o parziale per mano in funzione dei suddetti dati opportunamente elaborati.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire una struttura protesica per una mano che preveda un sistema di movimentazione delle dita di ingombro contenuto, in modo da poter sostituire una mano di piccole dimensioni, come quella di una donna o di un bambino, garantendo inoltre una elevata biomimetica della struttura stessa.

È un altro scopo della presente invenzione fornire una siffatta struttura di peso sufficientemente basso da eliminare l’effetto di affaticamento sul moncone di un utente.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire una siffatta struttura che permetta di ammortizzare i carichi di punta agenti sulle dita, in modo da non produrre effetti dolorosi sul moncone.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire una siffatta struttura in cui il sistema di movimentazione delle dita sia posto all’interno delle dita stesse, rendendo indipendente ciascun dito, in modo che detta struttura possa essere adattabile a sostituire non solo una mano nel complesso, ma anche singole dita o falangi.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire una siffatta struttura in cui le dita siano elementi modulari, tra loro intercambiabili, in modo da massimizzare l’uso di ciascun componente, con conseguente risparmio economico.

È ancora scopo della presente invenzione fornire una siffatta struttura in cui il sistema di movimentazione delle dita garantisca un’elevata velocità di apertura e chiusura delle dita stesse per garantire un'elevata biomimetica.

E' inoltre scopo della presente invenzione fornire una struttura di protesi comandabile dal paziente in modo più semplice rispetto alle soluzioni attuali.

E' inoltre scopo della presente invenzione fornire una struttura protesica per mano in grado di effettuare una pluralità di possibili movimentazioni delle dita meccaniche, ciascuna di esse corrispondendo ad una particolare presa, o ad un’azione predeterminata.

E' inoltre scopo della presente invenzione fornire una struttura protesica per mano dotata di un sistema di sensori capace di selezionare, tra la suddetta pluralità di possibili movimentazioni delle dita meccaniche, la movimentazione più vicina a quella desiderata dal paziente.

È un ulteriore scopo della presente invenzione fornire una struttura protesica per mano dotata di un sistema di sensori che effettui la selezione sopra detta sulla base della posizione spaziale, delle velocità e delle accelerazioni del braccio, oltre che sulla base del posizionamento relativo di alcune parti della protesi stessa.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire una struttura protesica per mano per la quale non sia necessario adattare il sistema dei sensori alle esigenze del singolo paziente, con evidente risparmio nella produzione.

In particolare i sensori di forza sono del tipo a resistenza variabile; questi sensori che hanno il notevole pregio di essere a basso costo hanno una relazione lineare fra la forza a cui sono sottoposti e la loro conduttanza.

Questi e altri scopi sono raggiunti tramite una struttura protesica per una mano comprendente:

- almeno un dito meccanico comprendente:

− un supporto metacarpale;

− un link rigido prossimale vincolato al supporto metacarpale mediante un giunto cilindrico prossimale, detto link rigido prossimale essendo atto a effettuare una rotazione di determinata ampiezza φ rispetto al supporto metacarpale attorno ad un asse del giunto cilindrico prossimale;

- mezzi di trasmissione vincolati al link rigido prossimale ed atti a movimentare il link rigido prossimale per provocare detta rotazione di determinata ampiezza φ;

- un attuatore atto ad azionare i mezzi di trasmissione;

in cui i mezzi di trasmissione comprendono:

- una vite senza fine solidale al link rigido prossimale e provvista di una filettatura, detta vite senza fine essendo atta ad effettuare una rotazione attorno ad un proprio asse longitudinale;

- una cremagliera, in particolare una cremagliera flessibile, avente una prima porzione di estremità, girevolmente connessa al supporto metacarpale, e una seconda porzione di estremità atta ad ingranare nella filettatura della vite senza fine in corrispondenza di una zona di ingranaggio della cremagliera;

e in cui l’attuatore à ̈ montato sul dito meccanico ed à ̈ atto a movimentare la vite senza fine, provocandone la rotazione attorno al suddetto asse longitudinale;

in modo tale che, quando l’attuatore movimenta la vite senza fine, si ha un allontanamento/avvicinamento della zona di ingranaggio dalla/alla prima porzione di estremità, provocando la suddetta rotazione di determinata ampiezza, in un senso di rotazione, o nel senso opposto, del link rigido prossimale attorno all’asse del giunto cilindrico prossimale, detta rotazione di determinata ampiezza φ corrispondendo al movimento di estensione/flessione del dito meccanico.

In particolare, il suddetto movimento di allontanamento/avvicinamento genera il movimento di estensione/flessione del dito meccanico.

L’utilizzo di una cremagliera flessibile ha il vantaggio di permettere l’uso dello stesso componente, la cremagliera appunto, sia come tirante, nella fase di flessione, sia come puntone, nella fase di estensione.

Questo permette di avere un sistema di movimentazione delle dita meccaniche che sia leggero e di ingombro laterale contenuto, in modo da poter realizzare protesi di mano anche di piccola taglia.

Inoltre, la struttura protesica prevista dall’invenzione, grazie al ridotto peso, garantisce di non affaticare eccessivamente il moncone che à ̈ sottoposto a sopportare le varie tipologie di carico.

Il sistema di dita meccaniche sopra descritto, in particolare grazie al fatto di prevedere l’attuatore montato direttamente sul dito meccanico, consente, inoltre, la sostituzione di singole dita del paziente nel caso di amputazione parziale di mano.

Inoltre l’elevata flessibilità della cremagliera permette una facile instabilizzazione a carichi di punta, permettendo che tali carichi ricevano un notevole smorzamento e non vengano trasferiti integralmente al moncone, come accadrebbe nel caso di dita meccaniche rigide.

Vantaggiosamente, à ̈ prevista una sorgente di corrente elettrica atta a fornire energia elettrica per il funzionamento della struttura protesica, ed in particolare degli attuatori e dei sensori. Tale sorgente può essere, ad esempio, un accumulatore o una batteria ricaricabile.

In tal caso, l’utilizzo del sistema vite/cremagliera consente l’ulteriore vantaggio di un’alta efficienza energetica.

Infatti, tale sistema vite/cremagliera, avendo un rendimento del sistema motorio molto basso, ad esempio inferiore circa a 0.5, garantisce un’irreversibilità del moto che consente di mantenere bloccata la protesi, una volta raggiunta la posizione desiderata, senza dover fare uso di energia esterna.

Il sistema vite/cremagliera richiede dunque l’utilizzo di tale sorgente di corrente elettrica solo durante la fase di posizionamento delle dita meccaniche nella configurazione di lavoro desiderata.

Vantaggiosamente, la rotazione di determinata ampiezza φ del link rigido prossimale rispetto al supporto metacarpale giace su un piano π sostanzialmente ortogonale all’asse del giunto cilindrico prossimale.

In particolare, l’asse longitudinale attorno al quale la vite senza fine à ̈ atta ad effettuare la propria rotazione giace sul piano Ï€.

In particolare, ciascun dito meccanico comprende inoltre un link rigido distale connesso al link rigido prossimale mediante un giunto cilindrico distale, il quale à ̈ atto ad effettuare una rotazione di determinata ampiezza rispetto al link rigido prossimale attorno ad un asse del giunto cilindrico distale.

In particolare, il giunto cilindrico distale può essere sotto-attuato mediante una riduzione meccanica eseguita da una coppia di ruote dentate oppure mediante una cinghia che si avvolge/svolge all'interno di opportune gole di guida.

La soluzione di sotto-attuazione permette una maggiore bio-mimesi dell'arto protesico e favorisce la presa di oggetti, ad esempio cilindri di piccolo diametro, con una aderenza altrimenti difficilmente perseguibile.

Alternativamente, il giunto cilindrico distale può sottostare ad una condizione di vincolo rigido, per cui il dito meccanico risulta sostanzialmente un dito monofalangeo, che garantisce una riduzione di costi del prodotto ed un incremento di prestazioni in termini di forza, visto che una certa aliquota dell'energia a disposizione del sistema non viene spesa nella sotto attuazione della parte distale.

Vantaggiosamente la struttura protesica per mano comprende una pluralità di dita meccaniche e una base metacarpale connessa al supporto metacarpale di ciascun dito meccanico.

In tal modo, la struttura protesica può sostituire una mano intera, compresa la porzione metacarpale della mano stessa.

Vantaggiosamente, se il dito meccanico à ̈ un dito meccanico per il pollice, allora la base metacarpale à ̈ connessa al dito meccanico per il pollice mediante un giunto rotoidale atto a permettere una rotazione attorno al proprio asse longitudinale, in modo da fornire al dito meccanico per il pollice un grado di libertà di abduzione/adduzione.

Il grado di abduzione/adduzione, come noto, permette di allargare di molto l’arco delle possibili configurazioni di presa che la mano può effettuare.

Vantaggiosamente, à ̈ inoltre previsto un dispositivo di selezione atto a selezionare una determinata configurazione di lavoro tra una pluralità di possibili configurazioni di lavoro predeterminate, detto dispositivo di selezione essendo atto a comandare detto o ciascun attuatore in modo tale da ottenere detta configurazione di lavoro selezionata.

Vantaggiosamente, nella struttura protesica à ̈ previsto inoltre almeno un sensore di posizione di feedback, in particolare un sensore a effetto hall, associato a detto, o ciascun, dito meccanico. Il sensore di posizione di feedback à ̈ atto a rilevare la posizione del link rigido prossimale rispetto al supporto metacarpale, e quindi a determinare in tempo reale l’ampiezza (φ) di detta rotazione. Il sensore di posizione di feedback à ̈ inoltre atto a generare istantaneamente un corrispondente segnale di feedback e a trasmettere tale segnale di feedback ad una unità di elaborazione. L’unità di elaborazione à ̈ atta a elaborare detto segnale di feedback e a comandare l’attuatore per movimentare la vite senza fine fino a quando l’ampiezza (φ) determinata in tempo reale non corrisponde ad una ampiezza (φ) desiderata.

In tal modo à ̈ possibile creare un controllo di attuazione a ciclo chiuso che permette una maggiore precisione nella movimentazione del dito meccanico.

L’utilizzo di sensori a effetto hall permette di non introdurre contatti di tipo meccanico fra il link rigido prossimale e il supporto metacarpale, risultando inoltre una soluzione particolarmente economica rispetto ad altri sistemi di rilevazione della posizione. In particolare, nella struttura protesica sono previsti inoltre:

− almeno un sensore mioelettrico, o sensore EMG, disposto, in uso, a contatto con il moncone del paziente, detto o ciascun sensore mioelettrico essendo atto a rilevare una differenza di potenziale associata all’attivazione di un muscolo agonista e/o antagonista del moncone del paziente e a generare un relativo segnale mioelettrico;

− una pluralità di sensori di forza disposti, in uso, a contatto con il moncone del paziente e distribuiti su una determinata superficie del moncone stesso, detta pluralità di sensori di forza essendo atta a rilevare una pluralità di dati di pressione corrispondente ad una determinata configurazione muscolare realizzata dal paziente e a generare almeno un corrispondente segnale della distribuzione di pressione sul moncone;

− una unità di elaborazione atta a elaborare detto o ciascun segnale mioelettrico e detto o ciascun segnale di pressione e a effettuare una selezione di una determinata configurazione di lavoro, in particolare una configurazione di presa, tra una pluralità di possibili configurazioni di presa predeterminate, detta unità di elaborazione essendo atta a comandare detto o ciascun attuatore in modo tale da ottenere detta configurazione di lavoro selezionata.

In particolare la selezione fatta dall’unità di elaborazione avviene confrontando il segnale mioelettrico e il segnale della distribuzione di pressione rilevati dai sensori con una pluralità di segnali associati a predeterminate configurazioni di lavoro.

Questo consente ad un utente di utilizzare, per la movimentazione delle dita meccaniche, gli stessi muscoli che utilizzerebbe un utente non amputato, in modo da rendere più naturale possibile l’integrazione protesica.

La soluzione descritta dall’invenzione consente di poter installare sulla protesi un solo sensore EMG, e di sopperire alla mancanza di un secondo o di un terzo sensore EMG tramite l’utilizzo di sensori di forza.

Dato il considerevole divario in termini economici tra sensori EMG e sensori di forza, la soluzione proposta dall’invenzione permette l’installazione di numerosi sensori di forza, costituenti una sorta di matrice di sensori, che possono essere distribuiti su una vasta area del moncone, senza bisogno di una fase preliminare atta all’individuazione di una specifica zona di applicazione in cui il segnale muscolare à ̈ più intenso, come invece deve avvenire per i sensori EMG.

Questo permette di realizzare protesi sostanzialmente universali, o che comunque non hanno bisogno di essere regolate in base all’esigenza di ogni paziente, ma che possono essere utilizzate per pazienti con caratteristiche morfologiche anche molto differenti.

La soluzione proposta dall’invenzione, quindi, possiede il doppio vantaggio economico, rispetto alla tecnica nota, di avere una componentistica di prezzo minore e di essere più economica in fase di produzione, in quanto non deve essere regolata sulle esigenze di un paziente specifico.

Preferibilmente, il sensore EMG viene posto in prossimità del gomito del paziente.

In particolare, la struttura protesica può prevedere inoltre un sensore inerziale scelto tra:

− un sensore inerziale atto a rilevare l’orientamento spaziale della struttura protesica rispetto ad una direzione predefinita, a generare un corrispondente segnale di posizione spaziale, e a trasmettere detto segnale di posizione spaziale a detta unità di elaborazione;

− un sensore inerziale atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, di detta struttura protesica, a generare un corrispondente segnale cinematico, e a trasmettere detto segnale cinematico a detta unità di elaborazione;

− una loro combinazione;

detta unità di elaborazione essendo atta, in questo caso, ad effettuare detta selezione delle possibili configurazioni di lavoro anche sulla base di detto segnale di posizione spaziale e/o detto segnale cinematico.

Tale soluzione permette, sostanzialmente, di aggiungere un filtro ulteriore nella ricerca delle configurazioni di lavoro che l’utente vuole effettuare, permettendo di allargare il campo delle configurazioni ottenibili e/o velocizzando la procedura di selezione.

Vantaggiosamente, nella struttura protesica sono previsti inoltre:

− un primo sensore inerziale atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, di detta struttura protesica, a generare un corrispondente segnale cinematico, e a trasmettere detto segnale cinematico a detta unità di elaborazione;

− un secondo sensore inerziale, posto sull’avambraccio, se detto primo sensore inerziale à ̈ posto sulla mano, o su detta mano se detto primo sensore inerziale à ̈ posto sull’avambraccio, detto secondo sensore inerziale essendo atto a:

− rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, rispettivamente, dell’avambraccio o della mano; − generare un corrispondente segnale di posizione spaziale di confronto, e

− trasmettere detto segnale di posizione spaziale di confronto a detta unità di elaborazione;

detta unità di elaborazione essendo atta a confrontare detto segnale di posizione spaziale con detto segnale di posizione di confronto, con ottenimento di un dato di posizione relativa tra mano ed avambraccio, detta unità di elaborazione essendo atta ad effettuare detta selezione delle prese possibili anche sulla base di detto dato di posizione relativa tra mano ed avambraccio

La posizione relativa tra braccio e mano permette di determinare la configurazione del polso, la quale può dare un ulteriore discriminazione rispetto alle azioni possibili che l’utente vuol compiere.

In particolare, nella struttura protesica à ̈ previsto inoltre almeno un sensore di posizione del pollice, in particolare un sensore a effetto hall, atto a rilevare l’orientamento del dito meccanico per il pollice rispetto a detta base metacarpale, a generare un corrispondente segnale di posizione del pollice, e a trasmettere detto segnale di posizione del pollice a detta unità di elaborazione, detta unità di elaborazione essendo atta, in questo caso, ad effettuare detta selezione delle prese possibili anche sulla base di detto segnale di posizione del pollice.

Il suddetto sensore di posizione del pollice può coincidere, costruttivamente, con il sensore di posizione di feedback utilizzato per l’attuazione meccanica in ciclo chiuso, anche se lo scopo del segnale generato à ̈ radicalmente differente.

In questo caso, infatti, la posizione del pollice rilevata dal sensore di posizione serve a dare informazioni riguardo, principalmente, l’angolo di abduzione/adduzione del pollice stesso, il quale risulta fondamentale in tale selezione.

Tale angolo non corrisponde ad un grado di libertà attuato, e dunque può essere modificato solo esternamente, ad esempio utilizzando l’altra mano. Per questo motivo tale angolo risulta sconosciuto all’unità di elaborazione, e deve essere rilevato da un sensore apposito.

La struttura di protesi, secondo la presente invenzione, può comprendere una singola tipologia di sensori sopra descritti, oppure una qualsiasi loro combinazione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, una struttura protesica per mano comprende:

− almeno un dito meccanico comprendente:

− un supporto metacarpale;

− un link rigido prossimale vincolato a detto supporto metacarpale mediante un giunto cilindrico prossimale, detto link rigido prossimale essendo atto a effettuare una rotazione di determinata ampiezza φ rispetto a detto supporto metacarpale attorno ad un asse di detto giunto cilindrico prossimale;

− un attuatore atto a provocare detta rotazione di determinata ampiezza φ di detto link rigido prossimale rispetto a detto supporto metacarpale; − una unità di elaborazione atta a comandare detto attuatore per ottenere detta rotazione di determinata ampiezza φ;

la struttura protesica prevede inoltre almeno un sensore scelto tra:

− un sensore mioelettrico disposto, in uso, a contatto con il moncone del paziente, detto sensore mioelettrico essendo atto a rilevare una differenza di potenziale associata all’attivazione di un muscolo agonista e/o antagonista del moncone del paziente e a generare un relativo segnale mioelettrico;

− una pluralità di sensori di forza disposti, in uso, a contatto con il moncone del paziente e distribuiti su una determinata superficie del moncone stesso, detta pluralità di sensori di forza essendo atta a rilevare una pluralità di dati di pressione corrispondente ad una determinata configurazione muscolare realizzata dal paziente e a generare almeno un corrispondente segnale della distribuzione di pressione sul moncone;

− un sensore inerziale atto a rilevare l’orientamento spaziale della struttura protesica rispetto ad una direzione predefinita, a generare un corrispondente segnale di posizione spaziale, e a trasmettere detto segnale di posizione spaziale a detta unità di elaborazione;

− un sensore inerziale atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, di detta struttura protesica, a generare un corrispondente segnale cinematico, e a trasmettere detto segnale cinematico a detta unità di elaborazione;

− un sensore di posizione, in particolare un sensore a effetto hall, atto a rilevare l’orientamento del dito meccanico per il pollice rispetto a detta base metacarpale, a generare un corrispondente segnale di posizione del pollice, e a trasmettere detto segnale di posizione del pollice a detta unità di elaborazione, detta unità di elaborazione essendo atta, in questo caso, ad effettuare detta selezione delle prese possibili anche sulla base di detto segnale di posizione del pollice.

− una loro combinazione;

detta unità di elaborazione essendo atta a elaborare detto o ciascun segnale mioelettrico e/o detto o ciascun segnale della distribuzione di pressione e/o detto o ciascun segnale di posizione spaziale e/o detto o ciascun segnale cinematico e/o detto o ciascun segnale di posizione del pollice, a effettuare una selezione di una determinata configurazione di lavoro, in particolare una configurazione di presa, tra una pluralità di possibili configurazioni di presa predeterminate, e a comandare detto o ciascun attuatore in modo tale da ottenere detta configurazione di lavoro selezionata.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e/o vantaggi della struttura protesica per mano, secondo la presente invenzione, risulteranno più chiari con la descrizione che segue di una loro forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

− la figura 1 mostra, in prospettiva, una forma realizzativa della struttura protesica per mano, secondo l’invenzione, in cui à ̈ previsto un solo dito meccanico;

− la figura 2 mostra in sezione il dito meccanico della forma realizzativa della struttura protesica di figura 1;

− la figura 2A mostra un ingrandimento della porzione di dito meccanico di figura 2 in cui si vede l’ingranamento tra vite senza fine e cremagliera;

− le figure 3A e 3B mostrano in sezione, rispettivamente nella fase di estensione e di flessione, una forma realizzativa alternativa della struttura protesica per mano, in cui la cremagliera à ̈ composta da due segmenti, uno rigido ed uno flessibile;

− la figura 4 mostra una forma realizzativa della struttura protesica per mano, secondo l’invenzione, in cui à ̈ prevista una pluralità di dita meccaniche e una base metacarpale;

− la figura 5 mostra la stessa forma realizzativa di figura 4, in cui la copertura palmare della base metacarpale à ̈ rimossa per chiarezza illustrativa; − la figura 6 mostra la stessa forma realizzativa di figura 4, in cui, per chiarezza illustrativa, viene omessa la base metacarpale e viene mostrata l’unità di elaborazione;

− le figure 7 e 8 mostrano secondo una vista, rispettivamente, da sopra e di lato la forma realizzativa di figura 6;

− la figura 9 mostra una forma realizzativa della struttura protesica per mano, applicata ad un paziente, e comprendente anche un corpo di supporto per la parte sensoristica della struttura;

− la figura 10 mostra un possibile schema logico di funzionamento dell'algoritmo atto ad elaborare i segnali rilevati dai diversi sensori;

− la figura 11 mostra un esempio di uno spazio vettoriale a 3 dimensioni generato dai segnali rilevati dai sensori;

− le figure 12a-12e mostrano alcune delle possibili configurazioni di lavoro ottenibili mediante la suddetta struttura protesica.

Descrizione di una forma realizzativa preferita Con riferimento alla figura 1 una forma realizzativa della struttura protesica 100 per mano, comprende un dito meccanico 110a-110e, a sua volta comprendente un supporto metacarpale 111, un link rigido prossimale 112 e un link rigido distale 114.

Il link rigido prossimale 112 può effettuare una rotazione di ampiezza φ, attorno ad un asse 113’, rispetto al supporto metacarpale 111 grazie ad un giunto cilindrico prossimale 113.

Analogamente, il link rigido distale 114 può effettuare una rotazione di ampiezza ω, attorno ad un asse 115’, rispetto al link rigido prossimale 112 grazie ad un giunto cilindrico distale 115.

Entrambi gli assi di rotazione 113’ e 115’ sono sostanzialmente ortogonali ad un piano π, sul quale giacciono le rotazioni φ e ω.

In questa forma realizzativa, il giunto cilindrico distale 115 può essere sotto-attuato mediante una cinghia 119 che si avvolge/svolge all'interno di opportune gole di guida oppure mediante una riduzione meccanica eseguita da una coppia di ruote dentate (non mostrata in figura).

La soluzione di sotto-attuazione permette una maggiore biomimetica dell'arto protesico e favorisce la presa di oggetti, ad esempio cilindri di piccolo diametro, con una aderenza altrimenti difficilmente perseguibile.

Alternativamente, il giunto cilindrico distale 115 può essere assente, o sottostare ad una condizione di vincolo rigido, per cui il dito meccanico 110a-110e risulta sostanzialmente un dito monofalangeo, che garantisce una riduzione di costi del prodotto ed un incremento di prestazioni in termini di forza, visto che una certa aliquota dell'energia a disposizione del sistema non viene spesa nella sotto attuazione del link rigido distale 114.

Con riferimento alle figure 2 e 2A, il dito meccanico 110a-110e comprende inoltre una vite senza fine 116, inserita nel link rigido prossimale 112, una cremagliera flessibile 117 ingranata alla vite senza fine 116, e un attuatore 118 atto a provocare la rotazione della vite senza fine 116 attorno ad un asse 116’.

In particolare, la cremagliera flessibile 117 comprende una prima porzione di estremità 117a, vincolata al supporto metacarpale 111 in modo da poter ruotare rispetto a quest’ultimo, ed una seconda porzione di estremità 117b che ingrana la filettatura della vite senza fine 116 in corrispondenza della zona di ingranaggio P.

In tal modo, quando l’attuatore 118 porta in rotazione la vite senza fine 116, la seconda porzione di estremità 117b della cremagliera flessibile 117 trasla lungo una direzione sostanzialmente parallela all’asse 116’, provocando un allontanamento/avvicinamento della zona di ingranaggio P dalla/alla prima estremità 117a, con conseguente rotazione, di una determinata ampiezza φ, del link rigido prossimale 112 attorno all’asse 113’.

In particolare, un avvicinamento della zona di ingranaggio P alla prima estremità 117a corrisponde ad una rotazione tale da provocare un movimento di flessione del dito meccanico 110a-110e. Viceversa, un allontanamento della zona di ingranaggio P alla prima estremità 117a corrisponde ad una estensione del dito meccanico 110a-110e.

La particolare natura meccanica della cremagliera flessibile 117 le consente di fungere da tirante, esattamente con un tendine umano, durante la fase di flessione del dito meccanico 110a-110e, e di fungere invece da puntone durante la fase di estensione.

Inoltre l’elevata flessibilità della cremagliera 117 permette una facile instabilizzazione a carichi di punta, permettendo che tali carichi non vengano trasferiti integralmente al moncone, come accadrebbe nel caso di dita rigide, bensì che ricevano un notevole smorzamento, esattamente come accade con le dita umane.

Vantaggiosamente, la cremagliera può essere prodotta in materiale superelastico, in modo da soddisfare in maniera più adeguata le specifiche sopra descritte.

Nelle figure 3A e 3B à ̈ mostrata una forma realizzativa alternativa del dito meccanico 110a-110e, in cui la cremagliera flessibile 117 à ̈ composta da due segmenti 117’,117’’ girevolmente connessi dallo snodo A.

Più in dettaglio, il segmento 117’ comprendente la prima estremità 117a à ̈ realizzata in materiale avente una predeterminata flessibilità. Questa può corrispondere alla flessibilità desiderata per la cremagliera flessibile 117, oppure essere inferiore ad essa. In quest’ultimo caso, la flessibilità desiderata del segmento 117’ à ̈ ottenuta introducendo almeno una molla.

Il segmento 117’’ comprendente la seconda estremità 117b à ̈ invece realizzato in materiale rigido, in maniera da ingranare meglio, in corrispondenza della zona P, con la vite senza fine 116.

Il funzionamento della cremagliera 117 di questa forma realizzativa alternativa à ̈ del tutto analogo a quello della cremagliera 117 di figura 2.

Con riferimento alle figure 4 e 5, una forma realizzativa della struttura protesica 100 per mano comprende cinque dita meccaniche 110a-110e, nella forma di figura 1, e una base metacarpale 120 connessa ai supporti metacarpali 111 di tali dita meccaniche 110a-110e.

Come visibile, la base metacarpale 120, oltre a permettere la connessione delle dita meccaniche 110a-110e, fornisce anche una maggiore biomimetica all’intera struttura protesica.

Il dito meccanico utilizzato come dito indice 110b, il dito meccanico utilizzato come dito medio 110c, il dito meccanico utilizzato come dito anulare 110d e il dito meccanico utilizzato come dito mignolo 110e possono essere disposti in modo tale che i piani π di ciascun dito meccanico 110b-110e risultino paralleli fra loro, mentre il dito meccanico utilizzato come pollice 110a giace su un piano non parallelo ai piani π.

Tuttavia, in forme realizzative previste, ma non illustrate in figura per semplicità, anche per le dita meccaniche 110b-110e che corrispondono a indice, medio, anulare e mignolo i piani π possono essere incidenti per generare il movimento adduzione/abduzione delle dita.

In particolare, con riferimento alla figura 5, il supporto metacarpale 111 del dito meccanico utilizzato come pollice 110a à ̈ connesso alla base metacarpale 120 mediante un giunto rotoidale 121 che permette al dito meccanico 110a di ruotare attorno ad un asse 121’ sostanzialmente ortogonale agli assi di rotazione 113’ e 115’.

In tal modo il dito meccanico per il pollice 110a viene dotato del grado di libertà di abduzione/adduzione, fondamentale per allargare il panorama delle possibili prese effettuabili con la suddetta struttura protesica 100.

Il giunto rotoidale 121 può essere passivo, come nel caso di figura, oppure attuato.

Nel caso di giunto passivo, l’utente può posizionare con l’altra mano il pollice in una determinata configurazione di lavoro, scelta tra una gamma di configurazioni di presa possibili.

In figura 5 à ̈ inoltre mostrato il sensore di posizione di feedback 140 del pollice, atto a rilevare la posizione del link rigido prossimale 112 del dito meccanico 110a rispetto al supporto metacarpale 111, e quindi a determinare in tempo reale l’ampiezza φ della rotazione del link rigido prossimale 112 attorno all’asse 113’, in modo da generare istantaneamente un corrispondente segnale di feedback e a trasmettere tale segnale di feedback ad una unità di elaborazione 130 (mostrata in figura 6).

Il sensore di posizione di feedback 140 del pollice necessita, per il proprio funzionamento, di rilevare una variazione di campo magnetico.

A tale scopo, in corrispondenza del giunto 113 à ̈ predisposta una sede 140a all’interno della quale viene inserito un magnete 140b (figura 6). Tale magnete à ̈ solidale al link rigido prossimale 112 del dito meccanico 110a e permette al sensore a effetto hall 140 di rilevarne la rotazione attorno all’asse 113’, permettendo la generazione del suddetto segnale di feedback.

L’unità di elaborazione 130 elabora quindi il segnale di feedback e comanda l’attuatore 118 per movimentare la vite senza fine 116, fino a quando l’ampiezza φ determinata in tempo reale non corrisponde ad una ampiezza φ desiderata.

Nelle figure 6, 7 e 8 à ̈ mostrata la stessa forma realizzativa della struttura protesica 100 delle figure 4 e 5, in cui però, per semplicità grafica, viene mostrata l’unità di elaborazione 130 e viene, invece, omessa la base metacarpale 120.

In figura 7 e 8 sono mostrati i sensori di feedback 140 relativi alle dita meccaniche 110b-110e.

Inoltre, in figura 8, Ã ̈ mostrata la sede 140a e il magnete 140b relativi al sensore di feedback 140 del dito meccanico 110b.

La figura 9 mostra una struttura di protesi 100, secondo l’invenzione, comprendente inoltre un corpo di supporto, o invaso, 180, di forma sostanzialmente cilindrica o troncoconica, posto sul moncone del paziente e atto a supportare parte della sensoristica necessaria a recepire la volontà del paziente, ed a trasmetterla all’unità di elaborazione 130, in modo da attuare correttamente le dita meccaniche 110a-110e.

Nella forma realizzativa di figura 9, su tale corpo di supporto 180 sono posizionati:

- un sensore mioelettrico 150 atto a rilevare una differenza di potenziale associata all’attivazione di un muscolo agonista e/o antagonista del moncone del paziente e a generare un relativo segnale mioelettrico;

- una pluralità di sensori di forza 160 atti a rilevare una pluralità di dati di pressione corrispondente ad una determinata configurazione muscolare realizzata dal paziente e a generare almeno un corrispondente segnale della distribuzione di pressione sul moncone;

Il segnale mioelettrico e il segnale della distribuzione di pressione vengono quindi elaborati dall’unità di elaborazione 130, in modo tale che l’unità di elaborazione 130 selezioni una determinata configurazione di lavoro. Tale configurazione di lavoro, in particolare una presa, corrisponde a quella che, fra una pluralità di possibili configurazioni predeterminate, meglio interpreta la volontà del paziente. L’unità di elaborazione 130 comanda quindi gli attuatori 118 in modo tale che le dita meccaniche 110a-110e realizzino la suddetta configurazione selezionata.

Oltre ai suddetti sensori, la struttura protesica 100, secondo l’invenzione, può comprendere inoltre altri sensori che permettano una selezione più rapida e precisa della configurazione di lavoro desiderata dal paziente e/o che permettano di avere un maggior numero di configurazioni di lavoro predeterminate tra cui effettuare la selezione.

Ad esempio, tali sensori possono essere:

- un sensore inerziale 170, posto ad esempio sulla base metacarpale 120 o nell’unità di elaborazione 130 (figura 6), atto a rilevare l’orientamento spaziale della struttura protesica 100 rispetto ad una direzione predefinita x, a generare un corrispondente segnale di posizione spaziale, e a trasmettere tale segnale di posizione spaziale all’unità di elaborazione 130;

- un sensore inerziale 171, posto ad esempio sulla base metacarpale 120 o nell’unità di elaborazione 130 (figura 6), atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, della base metacarpale 120, a generare un corrispondente segnale cinematico, e a trasmettere tale segnale cinematico a detta unità di elaborazione (130);

- un sensore inerziale 172, posto ad esempio sull’invaso 180 ed accoppiato al sensore 171, atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, dell’avambraccio, a generare un corrispondente segnale di posizione spaziale di confronto, e a trasmettere tale segnale di posizione spaziale di confronto all’unità di elaborazione (130), in modo da poter calcolare la posizione relativa tra mano ed avambraccio e dunque il grado d’inclinazione del polso;

- un sensore di posizione del pollice 141 (figura 5), in particolare un sensore a effetto hall, atto a rilevare l’orientamento del dito meccanico per il pollice 110a rispetto alla base metacarpale 120, in particolare l’angolo di abduzione/adduzione, a generare un corrispondente segnale di posizione del pollice, e a trasmettere tale segnale di posizione del pollice all’unità di elaborazione 130.

Per il sensore di posizione del pollice 141 vale quanto detto per i sensori di feedback 140 sopra descritti. Come visibile in figura 6, infatti, in corrispondenza del giunto 121 à ̈ predisposta una sede 141a all’interno della quale viene inserito un magnete 141b. Tale magnete à ̈ solidale al supporto metacarpale 111 del dito meccanico 110a e permette al sensore a effetto hall 141 di rilevarne la rotazione attorno all’asse 121’, permettendo la generazione del suddetto segnale di posizione del pollice. I sensori sopra descritti possono essere utilizzati in combinazione od in alternativa tra loro.

Nel diagramma a blocchi di figura 10 à ̈ schematicamente illustrato un esempio di un possibile algoritmo adottabile dall’unità di elaborazione 130 per elaborare i segnali rilevati dai diversi sensori.

I segnali considerati dall’algoritmo in questo esempio sono il segnale mioelettrico (EMG), il segnale della distribuzione di pressione (FSR), il segnale di posizione spaziale (Î ̧), e il segnale cinematico (Î ̧’) e il segnale di posizione del pollice (PP)

Per semplicità grafica, l’algoritmo mostrato tiene conto solo di una possibile configurazione di apertura della mano.

Più precisamente, l’algoritmo definisce un ordine gerarchico di priorità tra i principali segnali di input, in modo da discriminare ad ogni passaggio le configurazioni di presa incompatibili con i segnali ricevuti ed arrivare ad ottenere univocamente la configurazione di presa desiderata dal paziente.

In particolare, quando l’unità di elaborazione 130 riceve un segnale EMG e/o un segnale FSR (evento FSR/EMG), essa discrimina, in base a tale segnale, se il paziente abbia dato un comando di chiusura (evento chiusura positivo) o un comando di apertura (evento chiusura negativo).

Nel caso che il paziente abbia dato un comando di apertura, l’unità di elaborazione 130 comanda agli attuatori 118 di portare le dita meccaniche 110a-110e nella configurazione di apertura della mano. Questo in quanto, per ipotesi iniziale, vi à ̈ solo una configurazione di apertura, e dunque la configurazione à ̈ univocamente determinata senza ulteriori controlli sui segnali.

Nel caso, invece, che il paziente abbia dato un comando di chiusura, à ̈ possibile che l’unità di elaborazione 130 abbia già sufficienti informazioni dai segnali EMG e FSR per escludere alcune configurazioni di presa che non sono compatibili con i suddetti segnali.

Dopodiché, l’algoritmo procede con le successive analisi dei segnali. Vengono dunque analizzati i segnali Î ̧ e Î ̧’, relativi alla posizione, alle velocità e alle accelerazioni della struttura protesica. Se tali segnali risultano compatibili con almeno una configurazione di presa tra quelle non escluse alla fase precedente (convalida positiva di Î ̧ e Î ̧’), allora l’algoritmo procede con la fase successiva, escludendo le eventuali configurazioni di presa che non sono compatibili con i valori dei segnali Î ̧ e Î ̧’ rilevati dall’unità di elaborazione 130.

Alternativamente, in caso di convalida negativa dei segnali Î ̧ e Î ̧’, ovvero in caso non vi sia nemmeno una configurazione di presa compatibile con i valori dei segnali Î ̧ e Î ̧’ rilevati dall’unità di elaborazione 130, l’algoritmo ritorna alla fase iniziale e l’unità di elaborazione 130 non dà alcun comando di attuazione.

Analogamente accade alla fase successiva, riguardante la convalida del segnale di posizione del pollice PP.

Il principio dell’algoritmo può essere quindi esteso a qualsiasi segnale che l’unità di elaborazione possa ricevere, in modo da restringere gradualmente il campo delle configurazioni di presa possibili.

Dopo aver effettuato la convalida dell’ultimo segnale, l’algoritmo dovrebbe aver identificato in maniera univoca la configurazione di presa desiderata dal paziente. Ad ogni modo, per evitare errori da parte della protesi, può essere previsto un’ultima fase dell’algoritmo (non mostrato in figura 10) che dà la conferma all’attuazione solo in caso che la configurazione di presa sia stata univocamente determinata. In caso, invece, che siano risultate compatibili con i segnali ricevuti più di una configurazione di presa, allora l’algoritmo ritorno alla fase iniziale, e l’unità di elaborazione 130 non dà alcun comando di attuazione.

In figura 11 à ̈ mostrato un esempio di uno spazio vettoriale a 3 dimensioni generato dai segnali trasmessi dai sensori all’unità di elaborazione 130.

Più in generale, i segnali trasmessi dai sensori all’unità di elaborazione 130 generano uno spazio vettoriale a N dimensioni, dove ciascuna N-esima dimensione corrisponde ad un parametro rilevato dai sensori o ad una grandezza derivata da tale parametro.

All’interno di tale spazio vettoriale si individua una pluralità di sottospazi, ciascuno dei quali corrisponde ad una particolare configurazione di presa. In particolare, ogni configurazione di presa à ̈ definita da una combinazione di N coordinate, ciascuna N-esima coordinata corrispondendo ad un range di valori del parametro corrispondente alla N-esima dimensione dello spazio vettoriale.

Nell’esempio di figura 11, lo spazio vettoriale à ̈ generato mediante l’utilizzo di 3 parametri e definisce quindi uno spazio volumetrico. All’interno di tale spazio, sono evidenziati due volumi A e B, corrispondenti a due particolari configurazioni di presa e definiti da una combinazione di tre range di valori.

In questo caso, l’algoritmo di figura 10 dovrebbe condurre 3 fasi di convalida, una per ciascun parametro.

In una prima fase l’algoritmo escluderebbe tutte le configurazioni di presa il cui range di valori del primo parametro non comprenda il valore del parametro rilevato dal sensore.

In una seconda fase l’algoritmo andrebbe a verificare la compatibilità del valore del secondo parametro rilevato con le configurazioni di presa rimanenti dalla fase precedente. Se tale valore à ̈ compreso nel range di valori del secondo parametro di almeno una di tali configurazioni di presa rimanenti, allora l’algoritmo passa alla terza fase, dove ripete la stessa procedura.

Se i sottospazi vettoriali definenti le diverse configurazioni di presa non hanno intersezioni tra loro, allora sicuramente ciascuna combinazione di valori dei parametri definirà univocamente una configurazione di presa, e l’unità di elaborazione potrà dare il comando all’attuazione.

Graficamente, le linee 20 definiscono le traiettorie compiute dalle terne di parametri durante l’utilizzo della protesi. Quando una traiettoria attraversa un volume associato ad una configurazione di presa, la protesi effettua tale configurazione di presa. Nelle figure da 12A a 12E sono mostrate alcune delle possibili prese ottenibili mediante la suddetta struttura protesica.

In particolare, la figura 12A mostra una presa indicale, la figura 12B mostra una presa a uncino, la figura 12C mostra una presa palmare cilindrica con pollice in opposizione, la figura 12D mostra una presa palmare cilindrica su oggetti di grande diametro, la figura 12F mostra una presa a chiave e la figura 12E mostra una presa su cilindri di piccole dimensioni.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica à ̈ 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 (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una struttura protesica (100) per mano, detta struttura comprendendo: - almeno un dito meccanico (110a-e) comprendente: − un supporto metacarpale (111); − un link rigido prossimale (112) vincolato a detto supporto metacarpale (111) mediante un giunto cilindrico prossimale (113), detto link rigido prossimale (112) essendo atto a effettuare una rotazione di determinata ampiezza (φ) rispetto a detto supporto metacarpale (111) attorno ad un asse (113’) di detto giunto cilindrico prossimale (113); - mezzi di trasmissione (116,117) vincolati a detto link rigido prossimale (112), detti mezzi di trasmissione (116,117) essendo atti a movimentare detto link rigido prossimale (112) in modo tale da provocare detta rotazione di determinata ampiezza (φ); - un attuatore (118) atto ad azionare detti mezzi di trasmissione (116,117); detta struttura protesica (100) essendo caratterizzata dal fatto che detti mezzi di trasmissione (116,117) comprendono: - una vite senza fine (116) provvista di una filettatura, detta vite senza fine (116) essendo solidale a detto link rigido prossimale (112) ed essendo atta ad effettuare una rotazione attorno ad un asse longitudinale (116’) di detta vite senza fine (116); - una cremagliera flessibile (117) avente una prima porzione di estremità (117a), girevolmente connessa a detto supporto metacarpale (111), e una seconda porzione di estremità (117b) atta ad ingranare in detta filettatura di detta vite senza fine (116) in corrispondenza di una zona di ingranaggio (P) di detta cremagliera flessibile (117); e dal fatto che detto attuatore (118) à ̈ montato su detto dito meccanico (110a-110e), detto attuatore essendo atto a movimentare detta vite senza fine (116), provocandone detta rotazione attorno a detto asse di rotazione (116’), in modo tale che, quando detto attuatore (118) movimenta detta vite senza fine (116), si ha un allontanamento/avvicinamento di detta zona di ingranaggio (P) da/a detta prima porzione di estremità (117a), provocando detta rotazione di determinata ampiezza (φ), in un senso di rotazione, o nel senso opposto, di detto link rigido prossimale (112) attorno a detto asse (113’), detta rotazione di determinata ampiezza (φ) corrispondendo al movimento di estensione/flessione del dito meccanico (110a-110e).
2. 2. Struttura protesica (100) per mano, secondo la rivendicazione 1, in cui detta rotazione di determinata ampiezza (φ) giace su un piano (π) sostanzialmente ortogonale a detto asse (113’), in particolare detta vite senza fine (116) essendo atta a compiere una rotazione attorno ad un asse di rotazione (116’), detto asse di rotazione (116’) di detta vite senza fine (116) giacendo su detto piano (π).
3. 3. Struttura protesica (100) per mano, secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto, o ciascun, dito meccanico (110a-110e) comprende inoltre un link rigido distale (114) connesso a detto link rigido prossimale (112) mediante un giunto cilindrico distale (115), detto link rigido distale (114) essendo atto ad effettuare una rotazione di determinata ampiezza (ω) rispetto a detto link rigido prossimale (112) attorno ad un asse (115’) di detto giunto cilindrico distale (115).
4. 4. Struttura protesica (100) per mano, secondo la rivendicazione 1, comprendente: - una pluralità di dita meccaniche (110a-110e) comprendente un dito meccanico per il pollice (110a); - una base metacarpale (120) connessa a detto supporto metacarpale (111) di ciascun dito meccanico (110a-110e) di detta pluralità, detta base metacarpale (120) essendo connessa a detto dito meccanico per il pollice (110a) mediante un giunto rotoidale (121) atto a permettere una rotazione attorno ad un asse longitudinale (121’) del giunto rotoidale (121), in modo da fornire a detto dito meccanico per il pollice (110a) un grado di libertà di abduzione/adduzione.
5. 5. Struttura protesica (100) per mano, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 4, in cui à ̈ previsto inoltre almeno un sensore di posizione di feedback (140), in particolare un sensore a effetto hall, associato a detto, o ciascun, dito meccanico (110a-110e), detto sensore di posizione di feedback (140) essendo atto a rilevare la posizione di detto link rigido prossimale (112) rispetto a detto supporto metacarpale (111), e quindi a determinare in tempo reale l’ampiezza (φ) di detta rotazione, detto sensore di posizione di feedback (140) essendo atto a generare istantaneamente un corrispondente segnale di feedback e a trasmettere detto segnale di feedback ad una unità di elaborazione (130), detta unità di elaborazione (130) essendo atta a elaborare detto segnale di feedback e a comandare detto attuatore (118) per movimentare detta vite senza fine (116) fino a quando detta l’ampiezza (φ) determinata in tempo reale non corrisponde ad una ampiezza (φ) desiderata.
6. 6. Struttura protesica (100) per mano, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 5, in cui sono previsti inoltre: - almeno un sensore mioelettrico (150) disposto, in uso, a contatto con il moncone del paziente, detto o ciascun sensore mioelettrico (150) essendo atto a rilevare una differenza di potenziale associata all’attivazione di un muscolo agonista e/o antagonista del moncone del paziente e a generare un relativo segnale mioelettrico; - una pluralità di sensori di forza (160) disposti, in uso, a contatto con il moncone del paziente e distribuiti su una determinata superficie del moncone stesso, detta pluralità di sensori di forza (160) essendo atta a rilevare una pluralità di dati di pressione corrispondente ad una determinata configurazione muscolare realizzata dal paziente e a generare almeno un corrispondente segnale della distribuzione di pressione sul moncone; - una unità di elaborazione (130) atta a elaborare detto, o ciascun, segnale mioelettrico e detto, o ciascun, segnale della distribuzione di pressione e a effettuare una selezione di una determinata configurazione di lavoro, in particolare una configurazione di presa, tra una pluralità di possibili configurazioni di lavoro predeterminate, detta unità di elaborazione (130) essendo atta a comandare detto, o ciascun, attuatore (118), in modo tale da ottenere detta configurazione di lavoro selezionata.
7. 7. Struttura protesica (100) per mano, secondo la rivendicazione 6, in cui à ̈ previsto inoltre almeno un sensore inerziale (170,171) scelto tra: - un sensore inerziale (170) atto a rilevare l’orientamento spaziale della struttura protesica (100) rispetto ad una direzione predefinita (x), a generare un corrispondente segnale di posizione spaziale, e a trasmettere detto segnale di posizione spaziale a detta unità di elaborazione (130); - un sensore inerziale (171,172) atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione lineare e/o angolare, di detta struttura protesica (100), a generare un corrispondente segnale cinematico, e a trasmettere detto segnale cinematico a detta unità di elaborazione (130); - una loro combinazione; detta unità di elaborazione (130) essendo atta, in questo caso, ad effettuare detta selezione delle possibili configurazioni di lavoro anche sulla base di detto segnale di posizione spaziale e/o detto segnale cinematico.
8. 8. Struttura protesica (100) per mano, secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui sono previsti: − un primo sensore inerziale (171) atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, di detta struttura protesica (100), a generare un corrispondente segnale cinematico, e a trasmettere detto segnale cinematico a detta unità di elaborazione (130); - un secondo sensore inerziale (172), posto sull’avambraccio, se detto primo sensore inerziale (171) à ̈ posto sulla mano, o sulla mano se detto primo sensore inerziale (171) à ̈ posto sull’avambraccio, detto secondo sensore inerziale (172) essendo atto a: − rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, rispettivamente, dell’avambraccio o della mano; − generare un corrispondente segnale di posizione spaziale di confronto, e − trasmettere detto segnale di posizione spaziale di confronto a detta unità di elaborazione (130); detta unità di elaborazione (130) essendo atta a confrontare detto segnale di posizione spaziale con detto segnale di posizione di confronto, con ottenimento di un dato di posizione relativa tra mano ed avambraccio, detta unità di elaborazione (130) essendo atta ad effettuare detta selezione delle prese possibili anche sulla base di detto dato di posizione relativa tra mano ed avambraccio.
9. 9. Struttura protesica (100) per mano, secondo le rivendicazioni 4 e 6, in cui à ̈ previsto inoltre almeno un sensore di posizione del pollice (141), in particolare un sensore a effetto hall, atto a rilevare l’orientamento del dito meccanico per il pollice (110a) rispetto a detta base metacarpale (120), a generare un corrispondente segnale di posizione del pollice, e a trasmettere detto segnale di posizione del pollice a detta unità di elaborazione (130), detta unità di elaborazione (130) essendo atta, in questo caso, ad effettuare detta selezione delle prese possibili anche sulla base di detto segnale di posizione del pollice.
10. 10. Una struttura protesica (100) per mano, detta struttura comprendendo: - almeno un dito meccanico (110) comprendente: − un supporto metacarpale (111); − un link rigido prossimale (112) vincolato a detto supporto metacarpale (111) mediante un giunto cilindrico prossimale (113), detto link rigido prossimale (112) essendo atto a effettuare una rotazione di determinata ampiezza (φ) rispetto a detto supporto metacarpale (111) attorno ad un asse (113’) di detto giunto cilindrico prossimale (113); - un attuatore (118) atto a provocare detta rotazione di determinata ampiezza (φ) di detto link rigido prossimale (112) rispetto a detto supporto metacarpale (111); - una unità di elaborazione atta a comandare detto attuatore in modo tale da ottenere detta rotazione di determinata ampiezza (φ); detta struttura protesica (100) essendo caratterizzata dal fatto di prevedere inoltre almeno un sensore scelto tra: - un sensore mioelettrico ( 150) disposto, in uso, a contatto con il moncone del paziente, detto o ciascun sensore mioelettrico ( 150) essendo atto a rilevare una differenza di potenziale associata all’attivazione di un muscolo agonista e/o antagonista del moncone del paziente e a generare un relativo segnale mioelettrico; - una pluralità di sensori di forza (160) disposti, in uso, a contatto con il moncone del paziente e distribuiti su una determinata superficie del moncone stesso, detta pluralità di sensori di forza (160) essendo atta a rilevare una pluralità di dati di pressione corrispondente ad una determinata configurazione muscolare realizzata dal paziente e a generare almeno un corrispondente segnale della distribuzione di pressione sul moncone; - un sensore inerziale (170) atto a rilevare l’orientamento spaziale della struttura protesica (100) rispetto ad una direzione predefinita, a generare un corrispondente segnale di posizione spaziale, e a trasmettere detto segnale di posizione spaziale a detta unità di elaborazione (130); - un sensore inerziale (171) atto a rilevare almeno una velocità e/o una accelerazione, lineare e/o angolare, di detta struttura protesica (100), a generare un corrispondente segnale cinematico, e a trasmettere detto segnale cinematico a detta unità di elaborazione (130); - un sensore di posizione (141), in particolare un sensore a effetto hall, atto a rilevare l’orientamento del dito meccanico per il pollice (110a) rispetto a detta base metacarpale (120), a generare un corrispondente segnale di posizione del pollice, e a trasmettere detto segnale di posizione del pollice a detta unità di elaborazione (130), detta unità di elaborazione essendo atta, in questo caso, ad effettuare detta selezione delle prese possibili anche sulla base di detto segnale di posizione del pollice. - una loro combinazione; e dal fatto che detta unità di elaborazione (130) à ̈ atta a elaborare detto o ciascun segnale mioelettrico e/o detto o ciascun segnale della distribuzione di pressione e/o detto o ciascun segnale di posizione spaziale e/o detto o ciascun segnale cinematico e/o detto o ciascun segnale di posizione del pollice, a effettuare una selezione di una determinata configurazione di lavoro, in particolare una configurazione di presa, tra una pluralità di possibili configurazioni di presa predeterminate, e a comandare detto o ciascun attuatore (118) in modo tale da ottenere detta configurazione di lavoro selezionata.