Università ità degli Studi di Brescia

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1 XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata Relazione Primo Anno Studio e Realizzazione di Sistemi Meccatronici per la Riabilitazione Curriculum: Biomeccanica Dottorando: Maurizio Mor Coordinatore: Prof. Giovanni Legnani Tutore: Prof. Rodolfo Faglia ersità ità degli cia Faceria rtimento di Ingeg Meccanica e

2 Struttura della presentazione Metodo della ricerca e collaboratori Attività primarie di ricerca Attività ità collaterali li di ricerca Pubblicazioni Sviluppi futuri Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 2 Ingeg Meccanica e

3 Studio e Realizzazione di Sistemi Meccatronici per la Riabilitazione M d ddella ll Ri ll b i Metodo Ricerca e C Collaboratori Che risposte tecniche si possono offrire? Cosa offre oggi il mercato? Ingeg M g g Ingeg E il paziente cosa ne pensa? P t l i facilità Patologie, f ilità d uso, dolore, impatto, calzabilità Cosa si trova in letteratura? Mercato e Strutture Paziente R. Faglia - G. R G Legnani M. Tiboni - A. Borboni D. Fausti - C. Amici D. Pomi - C. Mulè M. CottiCottini srl Idrogenet s.r.l. PoliBrixia s.r.l. Medici e Fisioterapisti I pazienti ed il personale dell Ospedale P.A. Faccanoni (Sarnico, BG) Maurizio Mor A che punto è la ricerca e in che direzione si sta muovendo? Q l è la l reale l esigenza i d i Quale dei medici? E quella dei fisioterapisti? Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 3

4 Metodo della Ricerca e Collaboratori Tipologia del Movimento R.O.M. Riab. Motoria o Neurologica Differenti Patologie Differenti Anatomie Scarsa Letteratura ANALISI DELLE RICHIESTE SINTESI TECNICA FORZE/COPPIE VELOCITA N CICLI LEGGI DI MOTO CONTROLLO DIMENSIONI INTERFACCIA Ingeg M TEST Ingeg PROGETTO PROTOTIPO Scelta degli Attuatori Trasmissione Modalità di Controllo Alimentazione Studio Strutturale Costi Normative Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 4

6 Attività principali di ricerca Materiali a memoria di forma Riabilitazione della mano Riabilitazione dell arto inferiore Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 6 Ingeg Meccanica e

7 Materiali a memoria di forma Ingeg M Energy is converted from the electrical input into the thermal one through the resistance of the NiTi alloy, because of the wires heated by the Joule effect; as a consequence, the wires contract themselves pulling the plug that opens the valve to let the flow pass through: the compliance of the spring shall permit the valve opening. Fase: implementazione dei SMA in sistemi per la riabilitazione Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 7

8 Riabilitazione della mano Ingeg M Velocità del movimento Caratteristiche Range di movimento (ROM): MIP: 0-90 PIP: DIP: 0-70 Il ROM possibilmente regolabile dall operatore attraverso una pulsantiera. La durata di un ciclo 20 secondi. Possibilità di variare la velocità con 3 4 impostazioni. Blocco per il dolore Possibilità per il paziente di interrompere l esercizio in qualsiasi momento. Conformazione del dispositivo: Sottoguanto: igiene e calzabilità. Guanto, ma lare il palmo libero. Compressore silenziato. Pulsantiera di controllo. Tipo di movimento : chiusura e apertura delle quattro dita lunghe (simultaneamente) chiusura e apertura del pollice chiusura e apertura della mano. Programmare il tipo di movimento desiderato. Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 8

9 Riabilitazione della mano 1 Sistema di misura Portatile, non invasivo Ingeg M 2 3 Acquisizione Elaborazione Dimensionamento attuatori Controllo di forza Limiti e sicurezza dell ortesi Fase: assemblaggio primo prototipo ti Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 9

10 Riabilitazione dell arto inferiore Caratteristiche Ingeg M Velocità del movimento La durata di un ciclo 2 minuti. Possibilità di variare la velocità. Blocco per il dolore Movimento lineare. Finecorsa meccanici. Possibilità di regolazione manuale. Regolazione della velocità. Costi contenuti. Possibilità per il paziente di interrompere l esercizio in qualsiasi momento. Conformazione del dispositivo: Appoggio per cuscino antidecubito. Trasformatore elettrico commerciale. Pulsantiera di controllo. Tipo di movimento : flesso- estensione dell anca flesso- estensione del ginocchio. Programmare il tipo di movimento desiderato. Fase: test su pazienti studio design ottimizzazione i i dell elettronica l Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 10

11 Struttura della presentazione Metodo della ricerca e collaboratori Ingeg M Attività primarie di ricerca Attività ità collaterali li di ricerca Pubblicazioni Sviluppi futuri Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 11

12 Collaborazioni e Progetti Collaborazione didattica nell ambito del settore disciplinare di Meccanica Applicata alle Macchine (esercitazioni frontali, supporto alla stesura e alla correzione di elaborati). Ingeg M Correlazione alla Tesi Stato dell'arte e confronto dei sistemi di riabilitazione della mano., R. Montinaro Tesi di Laurea di Primo Livello - Corso di Laurea in Ingeg Meccanica N.O. (20 nov. 08) Correlazione alla Tesi Design, Building and Preliminary Experiments of a Testbench for Prosthetic Cardiac Valves, Buizza A. e Marras M. Tesi di Laurea Specialistica - Corso di Laurea in Ingeg dell Automazione N.O. (giugno 08). Correlazione alla Tesi Stato dell'arte sui mini- micro-motori elettrici commerciali e di ricerca. G. Bergamini Tesi di Laurea di Primo Livello - Corso di Laurea in Ingeg dell Automazione N.O. (data prevista della tesi febbraio 2008). Partecipazione al Progetto Biorobot in collaborazione con il rtimento di Ingeg Meccanica e, ersità degli cia, Faceria. Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 12

13 Convegni e Corsi Ingeg M Componenti Meccatronici per le macchine di montaggio e Sistemi di Visione nella Robotica : sessione convegnistica di Ucimu, BI-MEC 2007, Fieramilanocity, Milano, 15 e 16 Novembre Esperienze e prospettive di Biomeccanica presso la Faceria dell ersità di Bre : : giornata di studio, ersità degli cia, Faceria, Bre, 30 Novembre Neuroriabilitazione e Robotica : convegno, Ospedale Pediatrico Bambino Gesù rtimento di Riabilitazione Pediatrica, Roma, 13 e 14 Dicembre Maple 11 Base e Maple 11 Advanced : corso, ersità degli cia, Faceria, Bre, 6 e 7 Marzo Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 : corso, ersità degli cia, Faceria, Bre, Marzo Programmazione fuori linea : convegno SIRI con mostra di affiancamento, Faceria, Modena, 10 Aprile Corso nazionale automazione e robotica 2008 : corso SIRI, Faceria, gg Bergamo, 21,28 Maggio e 4, 18, 25 Giugno Actuator 2008 : seminario internazionale, biennale, su attuatori e microattuatori, Bremen Messe, Brema (D), 9-11 Giugno RAAD th International Workshop on Robotics in Alpe-Adria-Danube Region : convegno, Ancona Settembre Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 13

15 Pubblicazioni A. Borboni Meso- to Micro- Actuators: A Theoretical and Practical Approach Ingeg M CRC Press Taylor & Francis Inc., Boca Raton, FL, USA, ISBN-13: , ISBN-10: , pp La collaborazione con l autore si è svolta nella ricerca descritta nel Capitolo IV Designand Characterization of a Pneumatic Mesovalve e nella stesura (il lavoro è riportato da pagina 289 a pagina 343). A. Borboni, R. Faglia, M. Mor Design and Experimental Analysis of a Pneumatic Valve Made of a Polymeric Material and Activated by NiTi Wires RAAD th It Internationalti lworkshop on Rbti Robotics in Alpe-Adria-DanubeAd Region Ancona Settembre Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 15

17 Sviluppi futuri Riabilitazione della mano Ingeg M Realizzazione prototipo/i e test di validazione medica. Implementazione delle osservazioni e movimento accurato. R.O.M. diversificati. Possibilità di programmare e controllare l ortesi. Sensori per la retroazione e la calibrazione. Possibilità di impiegare l ortesi anche in modo funzionale. Integrazione dell ortesi in sistemi di realtà virtuale. diriabilitazione dell arto inferiore Realizzazione prototipo/i e test di validazione medica. Implementazione delle osservazioni e movimento accurato. Migliorare l elettronica di comando e i sensori. Dimensioni e Design. Maurizio Mor Relazione Primo Anno XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata 17

18 XXIII Ciclo di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata Relazione Primo Anno Studio e Realizzazione di Sistemi Meccatronici per la Riabilitazione Dottorando: Maurizio Mor Coordinatore: Tutore: Prof. Giovanni Legnani Prof. Rodolfo Faglia ersità ità degli cia Faceria rtimento di Ingeg Meccanica e