IT202100003941A1 - Dispositivo per la riabilitazione degli arti - Google Patents

Description

Dispositivo per la riabilitazione di arti

Campo tecnico dell?invenzione

La presente invenzione riguarda un dispositivo di riabilitazione per arti. La terapia riabilitativa degli arti per pazienti pu? essere effettuata o da un operatore o da un macchinario robotizzato, nel primo caso ? affidato all?operatore il compito di far effettuare al paziente il giusto movimento e stimolare la neuroplasticit?, nel secondo caso queste operazioni vengono effettuate da un robot o macchinario in grado di assistere il paziente nell?esercizio riabilitativo, accompagnandolo o guidandolo.

Stato dell?arte

I macchinari per riabiliazione si presentano in diverse configurazioni cinematiche, esoscheletri o robot ad end-effector, ognuna studiata per il tipo di esercizio da compiere. Tutti presentano uno o pi? gradi di libert? attivi e/o passivi.

Un primo esempio di questo genere di dispositivi ? il Mit Manus basato sul brevetto US5466213, ? un braccio robotico attivato da due motori distinti che ne muovono spalla e gomito - ed ? in grado di generare delle forze che interagiscono con il paziente. Il paziente "impugna" la cloche del macchinario e comincia una serie di giochi interattivi che innescano una sorta di "braccio di ferro" con il robot".Il compito richiesto al paziente ? di spostare un cursore luminoso su uno schermo, muovendo fisicamente il braccio meccanico, per raggiungere dei target che man mano si illuminano. Il suddetto macchinario permette di effettuare solo movimenti planari dell?arto.

Un altro esempio di robot end-effector ? il dispositivo denominato ReoGo US8753296B2, ? in grado di svolgere riabilitazione in due o tre dimensioni, il dispositivo in questione ? in grado di applicare una forza che interagisce con il paziente ed ? inoltre in grado di monitorare e tracciare la qualit? del movimento. Il dispositivo ? limitatamene trasportabile tramite rotelle in dotazione, il volume ? di 101x58x90 cm con un peso di 79 Kg, non presenta un?elevata rigidezza nei movimenti orizzontali a causa dell?elevata lunghezza del braccio telescopico, questo a causa dell?elevata distanza fra il centro di rotazione e l?arto del paziente.

Esempi di esoscheletri sono i macchinari denominati Armeo Spring, brevetto US8347710, e Armeo Power.

Un ulteriore esempio di esoscheletro robotico per riabilitazione ? descritto nel brevetto USA US20070225620 / US7862524 B2 ? un sistema esoscheletro seriale portatile da 3 gradi di libert?, destinato alla riabilitazione della spalla. Lo svantaggio del sistema ? che la sua struttura esoscheletrica utilizza il corpo del paziente come una piattaforma di supporto, che pu? essere dannosa per le persone anziane che costituiscono la maggior parte dei pazienti affetti da disabilit? motorie a seguito di un ictus.

Un altro sistema robotico progettato per la riabilitazione dell'arto superiore ? descritto in CA2581587A1 / US7252644 B2, ? un sistema di tipo end-effector composto da un elemento che interagisce con il corpo umano o una parte di esso, un sensore di forza, un generatore di forza, ha almeno un collegamento mobile e una base, il sensore di forza ? collegato al generatore di forza, l'elemento di collegamento tra di loro ha almeno tre gradi di libert?. Lo svantaggio di questo dispositivo ? che ha un solo punto di interazione (l'endeffector) e i movimenti delle articolazioni di questi dispositivi non corrispondono alla mobilit? umana. Pertanto, senza restrizioni esterne applicate per limitare il paziente, terapie articolari specifiche non possono essere fornite da tali meccanismi.

Un altro sistema robotico per la riabilitazione post-ictus dell'arto superiore ? descritto in EP2723536A1 / US20120330198A1. Si tratta di un esoscheletro per esseri umani che interagisce direttamente o indirettamente con l?articolazione del paziente, il dispositivo permette un movimento solo planare dell?arto superiore. Il dispositivo pu? essere regolato per adattarsi alla diversa anatomia del paziente. La precisione della struttura esoscheletrica pu? essere facilmente compromessa, questo a causa della regolazione manuale che deve essere effettuata per adattare la struttura alla diversa fisionomia di ogni singolo paziente.

Un ulteriore documento collegato allo stato dell?arte, si riscontra nel brevetto CN107007429. Si tratta di un meccanismo a struttura parallela con tre gradi di libert?, adatto per la terapia riabilitativa di pazienti con emiplegia causata da ictus. Il sistema robotico proposto utilizza due attuatori lineari ed una biella passiva, ? inoltre totalmente privo di un sistema di trasmissione. Sono assenti i componenti e le funzionalit? dell?interfaccia per l?interazione con l?utente in grado di determinare le intenzioni di movimento dell?utente senza richiedere un costoso sensore di forza. Inoltre, la piattaforma mobile monta un sistema motorizzato che non sempre garantisce la planarit? della stessa rispetto alla base di appoggio.

L'invenzione proposta nel documento EP3263087A1 si focalizza su una struttura di supporto per l?arto superiore, non consente la movimentazione tridimensionale dell?arto. Il sistema ? totalmente privo di un sistema di attuazione attivo, nonch? di sensoristica. Non presenta un cinematismo a catena cinematica chiusa e sono assenti i componenti e le funzionalit? dell?interfaccia per l?interazione con l?utente in grado di determinare le intenzioni di movimento dell?utente senza richiedere un costoso sensore di forza. Il dispositivo ? riposizionabile solo su una superficie piana orizzontale. Inoltre, limita il movimento della spalla e non consente un trattamento di pi? punti dell?arto superiore.

Il documento WO2018/213896A1 propone un dispositivo di manipolazione elettromeccanico, composto da: un sistema di azionamento, che comprende una molteplicit? di motori elettrici; un braccio azionabile dal sistema di trasmissione dotato di tre gradi di libert?; una trasmissione a cabestano per trasmettere la forza di azionamento dall?attuatore al braccio; un organo terminale collegabile al braccio, l?end-effector ? configurato per avere almeno tre gradi di libert? di movimento rotatorio; e un sistema di controllo per controllare il sistema di azionamento in modo tale da fornire una forza all?end-effector in una direzione selezionata. Il sistema proposto presenta un solo braccio con architettura a pantografo. Sono assenti componenti e funzionalit? di interfaccia grafica, non sono presenti inoltre elementi in grado di interpretare le intenzioni di movimento del paziente e rimodulare il movimento durante l?esercizio.

In generale, l?analisi dello stato dell?arte evidenzia la presenza di numerosi sistemi esoscheletrici, i quali presentano un complesso schema costruttivo e un difficile impiego durante tutta la fase riabilitativa. La complessit? di questo tipo di sistema rappresenta un ostacolo nello svolgimento degli esercizi richiesti dagli specialisti e fisioterapisti. Analogamente, i macchinari per la riabilitazione sono caratterizzati da eccessivi ingombri e pesi, pertanto essi non sono portatili e necessitano sempre di un?installazione fissa, con costi elevati, non prevedibili per gli utenti in civili abitazioni.

Il problema tecnico risolto

Il sistema proposto nela presente invenzione consente di effettuare, con varie modalit? autonome o semi-autonome, la riabilitazione degli arti umani. ? in grado di interpretare le intenzioni del paziente attraverso il monitoraggio dei parametri di forza registrati dall?organo terminale e trasmessi alla centralina di controllo, rimodulando all?occorrenza il movimento e la traiettoria prescritta dell?arto da riabilitare. Tale obbiettivo attraverso la realizzazione di un dispositivo per la riabilitazione di arti comprendente un robot delta capovolto costituito da una base su cui sono alloggiati tre o pi? sistemi di movimentazione muniti di encoder in cui ognuno di detti sistemi di movimentazione aziona un braccio facendolo ruotare alla estremit? di ognuno dei quali ? collegato attraverso una coppia di giunti sferici una coppia di aste che sono collegate all?estremit? opposta tramite una seconda coppia di giunti sferici ad un elemento terminale, una centralina elettronica computerizzata, un software che ? programmato per registrare un movimento di riabilitazione dell?end effector da eseguire ed un monitor su cui ? riprodotto il movimento di riabilitazione dell?end effector, caratterizzato dal fatto che sull?elemento terminale ? montato in modo smontabile il basamento dell?end effector su cui sono collocate tre coppie di pulsanti o sensori di forza che misurano le forze esercitate dal paziente che si oppongono al movimento di riabilitazione di cui due coppie di pulsanti o sensori di forza in due direzioni ortogonali tra di loro e parallele al piano del basamento dell?end effector e una coppia di pulsanti o sensori di forza in direzione ortogonale al piano del basamento dell?end effector, che i dati sulla posizione dei bracci e, quindi, dell?end effector determinati dagli encoder e i dati sulle forze che agiscono sull?end effector determinati dalle coppie di pulsanti o sensori vengono trasmessi alla centralina elettronica che in funzione delle forze modifica la traiettoria di riabilitazione. Il dispositivo proposto presenta ridotti ingombri (dimensioni in pianta di massimo 600x600 mm) e un peso pi? contenuto (< 20 Kg) rispetto alle soluzioni esistenti. Il dispositivo proposto consente una notevole facilit? di impiego, nonch? la possibilit? di riabilitare vari punti dell?arto, senza richiedere modifiche strutturali. La soluzione oggetto di brevetto consente movimenti ampi monodimensionali, bidimensionali e tridimensionali. La base ? riposizionabile nello spazio e quindi posizionabile su un piano orizzontale, verticale o di qualsiasi inclinazione.

I vantaggi principali della soluzione proposta sono la semplicit?, versatilit?, modularit? e adattabilit? di impiego del dispositivo anche per gli operatori meno esperti, l?assenza di una struttura fissa nonch? la completa trasportabilit? con ingombri e pesi ridotti anche del 90% rispetto ad altre soluzioni esistenti.

I vantaggi appariranno chiari dalle figure 1-9 date a titolo dimostrativo e non limitativo.

Breve descrizione delle figure

La figura 1 rappresenta una vista d?insieme del dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 2 rappresenta una vista assonometrica con l?indicazione dei componenti del dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 3 rappresenta una vista esplosa della scatola del motoriduttore del dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 4 rappresenta una vista esplosa dell?end effector del dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 5 rappresenta uno schema concettuale a blocchi del dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 6 rappresenta uno schema concettuale a blocchi per effettuare la scelta di esercizi guidati o assistiti con il dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 7 rappresenta uno schema a blocchi della logica di registrazione di nuove traiettorie con il dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 8 rappresenta uno schema concettuale a blocchi per effettuare la movimentazione di un arto in maniera assistita facendo uso del dispositivo oggetto della presente invenzione.

La figura 9 rappresenta uno schema concettuale a blocchi per una valutazione a distanza dei movimenti di riabilitazione facendo uso del dispositivo oggetto della presente invenzione.

Descrizione di una forma preferita della realizzazione

L?invenzione ? descritta con riferimento alle Figure da 1 a 9. La Figura 5 mostra uno schema concettuale dell?invenzione proposta: lo scopo di questa invenzione ? quello di realizzare un dispositivo che permetta di assistere un paziente con difficolt? motorie degli arti, allo stesso modo di come farebbe un terapista.

Per questo motivo ? necessario che l?invenzione sia costituita dalle componenti rappresentate in fig.5: una zona di attuazione (101) che consenta di movimentare l?arto al pari del movimento che pu? compiere il terapista con le mani; una zona sensorizzata (102), che percepisca le reazioni del paziente ad esempio un irrigidimento durante il movimento, uno spasma, etc. che sono gli elementi che un fisioterapista usa per capire come sta reagendo il paziente alla terapia e gli permette di correggerla; una zona di controllo (204) che ? costituita da una centralina di controllo (202) e da un software di gestione (203), queste componenti permettono al dispositivo di movimentare la zona di attuazione regolandola in base al tipo di esercizio proposto e al livello di sforzo del paziente, in parallelo a quello che fa normalmente il fisioterapista elaborando con il cervello gli stimoli datigli dal paziente durante gli esercizi; inoltre ? prevista un?interfaccia grafica visibile attraverso un monitor.

La figura 1 rappresenta lo schema concettuale della parte dell?invenzione che permette la manipolazione dell?arto, composta da un meccanismo alimentato elettricamente (100); un cinematismo tridimensionale (101) di ridotti ingombri e pesi, in grado di effettuare movimenti monodimensionali, bidimensionali o tridimensionali; una interfaccia utente sensorizzata (102), per specifici esercizi automatizzati e/o assistiti di movimentazione dell?arto.

La zona di attuazione ha la forma di un dispositivo robotico Delta ed ? costituita da due zone fondamentali (100) e (101): la zona (100) f? da basamento e costituisce la zona attuante, sono presenti infatti almeno tre motori (dotati anche di sensori di posizione che possono essere integrati nel motore, parliamo quindi di motori con encoder integrato, oppure separati dal motore e disposti sull?asse di una parte rotante della zona di attuazione) che azionano, attraverso una riduzione costituita da ingranaggi, dei bracci mobili (elementi (22)). La riduzione non ? strettamente necessaria ma permette di avere motori dalle dimensioni ridotte (questo contribuisce anche ad avere una struttura totalmente pi? compatta).

La zona (101) ? invece costituita da bracci mobili ?passivi? (30), cio? non attuati direttamente, il cui movimento ? consentito dall?attuazione impressa dai bracci (22) e dalla presenza di nodi sferici (uniball (32)); i bracci (30) vanno a congiungersi in un elemento terminale sul componente (43) che far? da base dell?end effector che costituisce la zona sensibile (102).

L?end effector (102) ? montato sull?elemento terminale (43) attraverso l?elemento smontabile (51). A sua volta il componente (43) ? fissato rigidamente ai bracci mobili, il componente (51) ? il basamento per l?end effector vero e proprio che consente di smontare l?end effector dal resto della struttura e poterlo utilizzare anche separatamente.

In riferimento alla Figura 2, il sistema presenta una base (1) con alloggiamenti per tre o pi? sistemi di movimentazione, costituiti ognuno da un motore che pu? essere di tipo passo-passo (14) che movimenta un sistema di riduzione, che pu? essere epicicloidale, alloggiato nel carter (24) e chiuso attraverso il coperchio (23); a completare la struttura troviamo il supporto opposto (8) accoppiato al gruppo moto-riduttore, descritto nella Figura 3, attraverso i distanziali (17) e (20). Il braccio (22) ? azionato attraverso un sistema di ruote dentate (4) e (10). Al braccio vengono collegate le coppie di aste (30) attraverso giunti sferici che possono essere di tipo uniball (32). Nella realizzazione preferita, vi sono tre coppie di aste. All?estremit? opposta delle aste (30) troviamo ulteriori giunti sferici (32), i quali collegano tre o pi? coppie di aste al basamento (43) dell?endeffector, mostrato nella Figura 4; ad esso viene incastrato il piatto di supporto (51). ? previsto un coperchio di chiusura forato (39) a protezione del meccanismo interno dell?end-effector; la parte terminale presenta due dischi lavorati (44) e (49) tenuti insieme da tre distanziali (38). Il meccanismo interno termina con una sporgenza filettata (47) a cui viene serrato il disco filettato (52). Collegando un eventuale guscio protettivo esso viene ancorato al meccanismo dell?end-effector attraverso la vite (48) sul supporto (53) di Figura 4. Questo elemento svolge la funzione di supporto all?arto umano da riabilitare.

La Figura 3 mostra un esploso di uno dei gruppi moto-riduttore che azionano i bracci (22). Nella realizzazione preferita, i gruppi moto-riduttore sono tre. Nella realizzazione preferita, il motore (14) viene collegato al coperchio (23) del carter (24) e avvitato dall?interno attraverso quattro viti (28). Nella realizzazione preferita, l?albero del motore viene collegato ad una ruota dentata (2), che ingrana con tre ruote dentate (3) ognuna delle quali ? accoppiata attraverso un cuscinetto (6) al dispositivo portatreno (16); le ruote dentate (3) a loro volta ingranano con una zona dentata ad anello del meccanismo integrata nel carter (24) il quale, inoltre, funge da alloggiamento per il sistema motoriduttore. Al portatreno (16) viene accoppiato, calettandolo, l?albero (18), il quale presenta un?opportuna sagomatura, finalizzata a consentire l?accoppiamento con la ruota dentata (10); mediante un cuscinetto a sfere (6) lo stesso viene accoppiato all?carter (24). Dal lato opposto della ruota dentata (10), viene calettata l?albero (13), collegato attraverso un ulteriore cuscinetto a sfere (6), che ? fissato al supporto opposto (8). Sull?albero (21) viene calettato il braccio (22) e le due ruote dentate (4); due cuscinetti a sfere (6) vengono calettati sullo stesso albero (21) collegandolo ai carter (8) e (24). I due carter (8) e (24) vengono fissati ai due distanziali (17) e (20) mediante le viti (28). I supporti vengono fissati alla base (1) attraverso 4 viti (27), come riportato in Figura 2.

La Figura 4 mostra l?esploso dell?end-effector, esso ? costituito da un elemento terminale (43) che si connette ai giunti sferici (32) mediante i bracci (30). L?elemento terminale (43) ha una geometria tale da alloggiare il basamento dell?end effector (51), sul quale viene montato l?anello (39). In quest?ultimo sono presenti sulle pareti verticali i pulsanti e/o sensori (37) azionati da un cursore mobile (47) collegato all?anello (36). Il coperchio (42), protegge la struttura interna dell?end-effector, consentendo l?alloggiamento del dispositivo (44) dotato di un pulsante e/o sensore (37). Tre distanziali (38) accoppiano il dispositivo (44) con il (49), che a sua volta alloggia un pulsante e/o sensore (37); i pulsanti e/o sensori (37) hanno un funzionamento antagonista. Pertanto, saranno presenti un numero minimo di due pulsanti e/o sensori (37). Nella realizzazione preferita vi sono 6 pulsanti e/o sensori (37). All?interno del dispositivo (47) scorre un albero (53) dotato di linguetta in grado di azionare i pulsanti e/o sensori (37), collocati nei dispositivi (44) e (49). L?anello filettato (52) si avvita sulla parte terminale filettata del dispositivo (47), effettuando il serraggio di tutti i componenti dell?end-effector. Un?eventuale calotta di copertura pu? essere fissata al dispositivo descritto attraverso una vite (48) che avvita nella sede preposta dell?albero (53). Tale copertura svolge la funzione di alloggiamento della mano e di protezione meccanica dell?end-effector. L?end-effector cos? composto consente di interagire con l?utente, identificando le intenzioni di movimento, al fine di assecondarle nei movimenti riabilitativi. Pertanto, questo elemento consente di evitare l?impiego di costosi sensori di forza o pressione.

Il componente (39) costituisce la sede dei sensori (37 C-D-E-F), questi sensori possono essere pulsanti o sensori di forza, servono a registrare la spinta che imprime l?arto su un piano parallelo al basamento dell?end effector e parallelo, di conseguenza, alla faccia piana del basamento (51); nella soluzione adottata due sensori registrano un asse di carico, ad esempio lungo l?asse X registro una spinta nel verso X positiva con un sensore e una spinta nel verso X negativa con un altro e due sensori disposti ortogonalmente registrano un asse di carico, lungo l?asse Y registro una spinta nel verso Y positiva con un sensore e una spinta nel verso Y negativa con un altro. Nel caso di sensori di forza come celle di carico pu? essere anche utilizzato un unico sensore per asse di spinta.

Combinando le forze registrate dai sensori sopra descritti si ottengono dei vettori di forza, che sommati mi restituiscono la forza su un piano X-Y.

Per premere sui sensori vengono impiegati i componenti (47) e (36), il componente (36) ? solo un anello che serve per ridurre l?attrito tra i sensori e il componente (47) a cui si demandano due scopi: muoversi in piano (piano parallelo alla faccia piana superiore del componente (51)) per premere sui sensori e quindi trasmettere la forza dell?arto lungo gli assi X e Y; fare da alloggiamento per il componente scorrevole (53).

Il componente (53) pu? muoversi su e gi? ed ? dotato di una linguetta rigida che va a premere su altri due sensori (che possono essere pulsanti o sensori di forza) che sono i componenti (37 A-B) che vanno a registrare la forza che imprime l?arto lungo l?asse Z, perpendicolare alla faccia piana superiore del basamento (51). Anche in questo caso i sensori sono due per acquisire i dati di forza lungo l?asse Z in verso positivo o negativo ma nel caso di cella di carico il sensore pu? essere unico per registrare sia il verso positivo che quello negativo.

A questo punto i sensori hanno acquisito le tre forze lungo i tre assi e questo consente al controllore di definire una forza risultante nello spazio che coincide con la forza che l?arto sta applicando sulla zona terminale del robot.

La presente invenzione ? descritta con riferimento ad una forma preferita di realizzazione. ? da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscano al medesimo nucleo inventivo, come definito nell?ambito di protezione delle rivendicazioni dichiarate.

Funzionamento del dispositivo:

Il dispositivo viene posizionato e collegato alla corrente, si poggia la zona interessata dell?arto sulla parte terminale (end effector al quale si collega una calotta sagomata in base alle esigenze, ad esempio per la mano) e attraverso dei dispositivi di fissaggio (ad esempio fasce) si vincola la zona dell?arto alla calotta sagomata. Come riportato in Errore. L'origine riferimento non ? stata trovata. Si va a selezionare il tipo di esercizio che si vuole compiere attraverso un interfaccia utente che pu? essere sia fisica (pulsanti, manopole, etc), che grafica (display sul quale si selezionano le azioni da un menu). I segnali dell?interfaccia fisica (pulsanti) o grafica attraverso interfaccia grafica proiettata a schermo, vengono inviati alla centralina di controllo (204) attraverso le componenti costituenti del sistema hardware (202) e vengono elaborati dal software (203). Attraverso il sistema di selezione a menu sopra descritto permette di accedere alle modalit? di esercizio. Gli esercizi che si possono effettuare possono essere racchiusi in due macro categorie: esercizio totalmente guidato (205), dove l?arto rimane passivo ed ? demandato al robot il compito di movimentare l?arto secondo traiettorie preimpostate (dal terapista o gi? presenti), questa funzione si realizza selezionando la traiettoria presescelta (206); esercizio assistito (207), nel quale ? possibile scegliere due modalit? di assistenza che richiedono l?elaborazione dei dati acquisiti dai sensori posizionati nell?end-effector, azioni esplicate attraverso le azioni (208) e/o (209).

Nell?esercizio guidato, esplicato attraverso l?azione (206) il paziente esegue un movimento pre-impostato che pu? essere gi? implementato nel software di base, oppure, prima di far compiere l?esercizio in modo autonomo al paziente, il fisioterapista pu? registrare un movimento nuovo che il robot andr? a replicare successivamente secondo la logica descritta in fig. 7. si attiva quindi la logica di registrazione (210), l?end-effector viene spostato dal terapista (211) e trascina la struttura che rimane passiva e in modalit? registrazione (212), gli encoder acquisiscono il movimento (213) che vengono registrate dalla centralina di controllo (204) attraverso l?operazione (214), il macchinario tiene memoria di questo nuovo movimento da svolgere ed ? possibile avviare l?esercizio attraverso l?operazione (215).

Una volta avviato l?esercizio il macchinario replica la nuova traiettoria attraverso la logica implementata nel blocco (216).

Nella modalit? assistita, definita nel blocco (207), la centralina (204) registra il segnale acquisito dalla zona sensibile e, attraverso logiche di AI, decide come far muovere la zona motorizzata, a supporto delle logiche decisionali possono essere implementati sensori per il battito cardiaco o livello di ossigenazione che permetterebbero di identificare con maggior precisione il livello di sforzo. In generale, seguendo la logica gi? descritta per il funzionamento dei sensori, la centralina di controllo registra la forza che imprime l?arto sull?end effector a questo punto interviene il software nella scelta della risposta che deve dare il robot azionando i motori. La logica di funzionamento delle due modalit? ? quella riportata nella fig.8, nella quale si vede come il dispositivo elabora il segnale acquisito dall?end-effector per operare delle scelte sul tipo di allenamento da far eseguire, in tutte le modalit? ? per? presente un supporto visivo al paziente, un display che mostra la traiettoria da seguire piuttosto che degli occhiali per realt? aumentata che permettano di visualizzare una traiettoria tridimensionale da seguire con l?arto. Pi? nello specifico le modalit? assistite sono divise in movimento assistito che consente di massimizzare lo sforzo e l?impegno del paziente (220) e modalit? di correzione della traiettoria attraverso generazione di feedback di forza sull?arto (221). Andando ad analizzare meglio le due modalit? avremo per la (220) una logica iterativa che parte dall?azione del robot sull?arto (222), il robot aziona i motori e muove l?arto; a questo punto la differenza di velocit? generer? un azione dell?arto sull?end effector che acquisir? una forza risultante tridimensionale (224) che verr? registrata, monitorata e interpretata dalla centralina nell?azione (225). La logica condizionale che interviene va a definire se l?arto riesce a inseguire il movimento imposto dal robot (226); se l?arto riesce a inseguire il movimento del robot (233), allora si entra nella logica (229) dove il robot capisce che in quell?istante l?arto soddisfa le condizioni di movimento e quindi l?azione pu? continuare senza modificazioni; il monitoraggio continua e riparte l?azione (229). Se l?arto non riesce a inseguire il movimento del robot (232), il software entra nella logica (228) nella quale l?esercizio viene rimodulato; ad esempio il movimento ? troppo veloce per il paziente, il robot lo capisce e rallenta l?esecuzione, o al contrario, se il movimento fosse troppo lento, va a velocizzare l?attuazione del robot. La logica ? iterativa e il monitoraggio avviene in continuo durante l?esercizio, quindi il controllo ? eseguito istante per istante. Per la logica assistita attraverso traiettoria guidata (221), l?azione inizia da un movimento dell?arto che trascina le parti mobili dell?end-effector attivando la logica di monitoraggio (223). L?azione esercitata dall?arto sull?end-effector genera delle forze che vengono acquisite dai sensori secondo la logica del blocco (224). Il controllore va a registrare e monitorare i parametri degli encoder e dei sensori di forza attraverso la logica (225) questo consente di confrontare la traiettoria ideale con quella eseguita dal paziente. Il confronto viene effettuato nel blocco operativo (227) nel quale il controllore decide come reagire ai segnali che riceve. Se l?arto diverge dalla traiettoria si ricade nella logica di convergenza (234) attraverso la quale vengono eseguite le operazioni del blocco (230) che frenano progressivamente l?arto in funzione della divergenza dalla traiettoria. Se l?arto segue la traiettoria ideale alla giusta velocit? d?esecuzione si ricade nel caso (235) attraverso il quale il macchinario rimane passivo e fa continuare l?esercizio al paziente (231).

Il loop si chiude ricominciando il monitoraggio dall?operazione (223); il monitoraggio ? effettuato in continuo durante tutta la durata dell?esercizio.

Modalit? operative:

Il dispositivo ? pensato per effettuare terapie sugli arti ma, grazie ai sensori di forza(240), gli encoder (241) e i sensori supplementari per i dati biometrici (242), riesce a tener traccia delle sedute riabilitative analizzando i dati fisici riscontrabili, inoltre le sue dimensioni compatte (pu? essere realizzato con dimensioni in pianta di 250mm x 250mm fino a dimensioni di 600mmx 600mm) lo rendono estremamente trasportabile e quindi adatto per applicazioni domestiche e/o a distanza. Queste caratteristiche permettono di utilizzare il macchinario per effettuare diagnosi delle sedute, attraverso le logiche di analisi (243), e rendere le valutazioni oggettive poich? basate su parametri oggettivamente misurabili. Come illustrato nella Fig. 9 questi stessi parametri possono essere archiviati in cloud (244) ed essere elaborati per effettuare prevenzione attraverso le logiche (246) o studiare un comportamento in fase riabilitativa oppure possono essere visualizzati dal terapista a distanza e in qualsiasi momento (245), una cartella clinica che riporti i progressi delle sedute.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo per la riabilitazione di arti comprendente un robot delta capovolto costituito da una base (1) su cui sono alloggiati tre o pi? sistemi di movimentazione muniti di encoder in cui ognuno di detti sistemi di movimentazione aziona un braccio (22A-C) facendolo ruotare alla estremit? di ognuno dei quali ? collegato attraverso una coppia di giunti sferici (32A-F) una coppia di aste (30 A-F) che sono collegate all?estremit? opposta tramite una seconda coppia di giunti sferici ad un elemento terminale (43), una centralina elettronica computerizzata, un software che ? programmato per registrare un movimento di riabilitazione dell?end effector da eseguire ed un monitor su cui ? riprodotto il movimento di riabilitazione dell?end effector, caratterizzato dal fatto che sull?elemento terminale (43) ? montato in modo smontabile il basamento dell?end effector (51) su cui sono collocate tre coppie di pulsanti o sensori di forza che misurano le forze esercitate dal paziente che si oppongono al movimento di riabilitazione di cui due coppie di pulsanti o sensori di forza in due direzioni ortogonali tra di loro e parallele al piano del basamento dell?end effector (51) e una coppia di pulsanti o sensori di forza in direzione ortogonale al piano del basamento dell?end effector, che i dati sulla posizione dei bracci (22A-C) e, quindi, dell?end effector (51) determinati dagli encoder e i dati sulle forze che agiscono sull?end effector determinati dalle coppie di pulsanti o sensori vengono trasmessi alla centralina elettronica che in funzione delle forze modifica la traiettoria di riabilitazione.

2. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che le due coppie di pulsanti o sensori di forza che agiscono in due direzioni ortogonali tra di loro e parallele al piano del basamento dell?end effector (51) sono alloggiati in un anello solidale con il basamento dell?end effector.

3. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che la coppia di pulsanti o sensori di forza che agiscono in direzione ortogonale al piano del basamento dell?end effector (51) sono alloggiati in un albero perpendicolare al basamento dell?end effector (51).

4. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che i sistemi di movimentazione sono motori elettrici collegati ad una ruota dentata (2), che ingrana con tre ruote dentate (3) ognuna delle quali ? accoppiata attraverso un cuscinetto (6) ad un dispositivo portatreno (16); le quali a loro volta ingranano con una zona dentata ad anello del meccanismo integrata nel dispositivo (24) il quale funge da alloggiamento per il sistema di movimentazione. portatreno (16) viene accoppiato, calettandolo, l?albero (18), il quale presenta un?opportuna sagomat

5. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la centralina elettronica computerizzata possiede un modulo di collegamento alla rete internet per il telemonitoraggio, al fine di avere un quadro storico clinico del paziente, che pu? essere monitorato da un operatore, per effettuare valutazioni cliniche sulla progressione della riabilitazione e modifiche del piano riabilitativo.

6. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo una rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che all?end effector viene collegata una calotta sagomata per vincolare una zona dell?arto.

7. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo una rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che caratterizzato dal fatto che detto dispositivo ? realizzato in materiale plastico o fibra di carbonio.

8. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che caratterizzato dal fatto che detto dispositivo ha un peso inferiore a 20 Kg.

9. Dispositivo per la riabilitazione di arti secondo la rivendicazione 7 o 8 caratterizzato dal fatto che detto dispositivo ha una dimensione massima in pianta di 600 x 600 mm.