Universita degli studi di roma “tor vergata”

1. Universita degli studi di roma“tor vergata” Corso di laurea magistrale in Ingegneria Medica Corso di bioprotesi studenti Emanuela girolami Francesca tramontana Docente Ettore pennestri

2. Protesi di mano

3. introduzione • Il brevetto scelto riguarda un meccanismo protesico di mano per persone con amputazione a livello della giunzione metacarpofalangea o con amputazione totale. Giunzione metacarpofalangea

4. Introduzione Per la realizzazione delle seguenti immagini è stata utilizzata la funzione di rendering negli strumenti photoworks

5. introduzione • La protesi include un meccanismo di presa grazie alla presenza di due membri, dita e pollice, uniti cinematicamente tra loro. • Il meccanismo di presa è azionato da un motore connesso ad un riduttore epicicloidale. • Il motore esplica una coppia di 19.63Nm tra le dita e il pollice ed è collegato mediante elettrodi al moncone.

6. introduzione • Il motore è alimentato da una batteria ricaricabile di 9 V. • La protesi esternamente è ricoperta da un guanto che la rende simile, esteticamente, ad una vera mano.

7. Controllo mioelettrico • Il meccanismo utilizza come sensori degli elettrodi superficiali posti sopra il livello di amputazione, a contatto con la cute del moncone, che rilevano la contrazione volontaria del muscolo sottostante. • Condizioni necessarie per utilizzo di sEMG sono: • Ampiezza tale da essere riconosciuto dal sensore • Il paziente deve generare della contrazioni indipendenti,poiché la protesi ha un funzionamento errato se riceve due ordini contrastanti • Il segnale viene inviato ad un algoritmo che, traducendo la volontà del paziente, decide il movimento che deve essere attuato: • attivazione m. estensore dell’avambraccio = apertura mano • attivazione m. flessore dell’avambraccio = chiusura mano Dispositivi di controllo protesi: ON-OFF = il motore si attiva sempre con la stessa potenza

8. Assieme esploso

9. Descrizione componenti • La parte più interna della protesi è costituita dal motore e dal riduttore epicicloidale. • Il riduttore è composto da una serie di ingranaggi con ruote solari circondate da tre satelliti ognuna.

10. Descrizione dei componentiprimo rotismo 128 corona 108 pignone motore 122a satelliti 131 122b 133 122c 140 pignone uscita

11. Descrizione componenti • Successivamente al riduttore è presente un meccanismo detto “Silent Ratchet”, che consente la chiusura della protesi quando il motore ruota in senso antiorario e limita il movimento di apertura per una rotazione oraria del motore. • In uscita è presente un solare circondato da sei satelliti che trasmette il moto alle dita. • Il moto delle dita è trasmesso al pollice tramite un quadrilatero articolato.

12. Descrizione dei componenti secondo rotismo 148 162 154 176

13. • %%%%%%%%%%%%%calcolo cinematico prima parte • syms omega122A omega122B omega122C omega131 omega132 omega133 omegaMOTOR ; • %inizializzazione del vettore delle incognite • incog1=[omega122A; • omega122B; • omega122C; • omega131; • omega132; • omega133]; • • %inizializzazione del vettore dei termini noti • noto1=[ - omegaMOTOR ; • 0; • 0; • 0; • 0; • 0]; • • %matrice delle soluzioni • matrix1=[7/8 0 0 - (1+7/8) 0 0; • 0 7/8 0 1 0 - (1+7/8); • 0 0 7/8 0 - (1+7/8) 1 ; • 0 - 7/23 0 0 0 - (1 - 7/23); • 0 0 - 7/23 0 - (1 - 7/23) 0; • - 7/23 0 0 - (1 - 7/23) 0 0 ]; • • %calcolo della soluzione • mat_inv1=inv(matrix1); • soluz1=mat_inv1*noto1; • %%%%%%%%%%%%%calcolo cinematico seconda parte • syms omegaFINGER omega162; • omega140=soluz1(5); • incog2=[ omegaFINGER ; • omega162]; • • noto2=[ - omega140; • 0]; • • matrix2=[ - 3/2 1/2; • 3 - 4 ]; • • mat_inv2=inv(matrix2); • soluz2=mat_inv2*noto2; • omegaFINGER=soluz2(1) • %%%%%%%%%%%%%%calcolo della coppia uscente • syms coppiaIN ; • coppiaOUT=omegaMOTOR*coppiaIN/ omegaFINGER Analisi cinematica • Velocità angolare dita = 0.0152 * velocità motore • Coppia in uscita = 65.4587 * coppia in ingresso

14. Analisi cinematica • Velocità motore=83.3 gradi/sec velocità angolare dita =1.2726 gradi/sec • Coppia in ingresso = 0.3 Nm coppia in uscita = 19.63 Nm

15. Riduttore epicicloidale

16. Progettazione Quadrilatero articolato risolto con la condizione : Velocità pollice = velocità dita

17. Progettazione Nota configurazione iniziale: AB=18.93 mm ad=57.53 mm Teta=78° Si impone Analisi polare: omegaPollice X P14P24 =omegadita X P12P24 Attraverso considerazioni geometriche si ottiene P12P24=28.75mm Alfa=36.74° CD=18.93 mm BP24=30.96 mm & BC=61.93 mm

18. Calcolo delle polari

19. apertura Theta = 282 ° Theta = 252 °

20. Chiusura Theta = 312 ° Theta = 282 °

21. Analisi cinematica • Il movimento è stato realizzato utilizzando Cosmos Motion

22. Analisi cinematica • Per riprodurre il movimento si è semplificato il modello. • Si sono usati dei contatti 3D tra le zone in cui erano presenti dei perni poiché questi non partecipano alla cinematica del corpo. • Tra il pignone e i satelliti sono stati inseriti dei Couplers per l’ingranamento delle ruote. • Alla cerniera rappresentante il pignone è stata assegnata una funzione armonica per lo spostamento.

23. Analisi cinematica

24. Analisi cinematica • Anche per il movimento del riduttore epicicloidale è stato usato Cosmos Motion.

25. Analisi cinematica • Il rotismo è semplificato: i solari ingranano con un solo satellite, invece dei tre riportati realmente, per evitare la presenza di elementi ridondanti. • Al pignone sull’albero motore è stata assegnata una velocità angolare di 5000 gradi/sec. • Tra i componenti del rotismo sono stati usati dei couplers per l’ingranamento.

26. Analisi statica Materiale utilizzato = TITANIO • Modulo elastico 1,9e11 n/m^2 • Modulo di taglio 4,3e11 n/m^2 • Densità di massa 4600 kg/m^3 • Resistenza a trazione 235e6 n/m^2 • Carico di snervamento 140e6 n/m^2

27. Analisi statica • Volume della protesi = 102808.02 millimetri cubici • Peso della protesi = 501.61 grammi

28. Analisi statica • Eliminato rotismo di connessione delle dita con il telaio,sostituito da contatto a parti unite • Eseguita analisi in modalita grandi spostamenti Simulata azione di afferraggio oggetto con peso di 500 grammi • Peso bloccato ai membri attraverso Contatto di gruppoa parti unite tra pollice e carico dita e carico • Eliminati perni di connessione fisici della struttura,sostituiti con connettori a perno

29. Risultati sollecitazione

30. Risultati sollecitazione • Controllo progetto Sollecitazione massima sui componenti<sollecitazione limite titanio Sollecitazione max = 10,6 e 06 Carico snervamento titanio =140 e 06 • FOS = fattore di sicurezza fos minimo = 13,2 (sul pollice) fos minimo = 48,9 (sul telaio)

31. Risultati deformazione

32. Risultati spostamento

33. Recapitiemanuelaemagabius@libero.itfrancescafrancescatramontana@hotmail.comRecapitiemanuelaemagabius@libero.itfrancescafrancescatramontana@hotmail.com fine