RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Sviluppo di metodi innovativi per la misura di grandezze meccaniche nella ottimizzazione della riabilitazione del movimento

Università di riferimento

Università degli Studi di ROMA "La Sapienza" - MECCANICA E AERONAUTICA - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Paolo Cappa

Descrizione

La presente unità di ricerca si occuperà di realizzare due dispositivi: una piattaforma basculante motorizzata a tre gradi di libertà ed un caschetto strumentato con accelerometri.
In particolare il primo dispositivo consiste in una piattaforma motorizzata “intelligente”, ovvero in una base movimentata elettricamente secondo i tre angoli Roll Pitch e Yaw (in linguaggio marinaro rollio, beccheggio ed imbardata) sulla quale viene posto il paziente in piedi mentre cerca di eseguire il compito volta per volta specificato. La piattaforma è “intelligente” nel senso che si adatta alle capacità di equilibrio del paziente destabilizzandolo o aiutandolo a mantenere la stabilità ove richiesto. La piattaforma è naturalmente controllata da calcolatore, per cui la tipologia di esercitazioni è programmabile a piacere da parte del personale medico, che deve solo scegliere la classe di “comportamento” del dispositivo. Inoltre l’apparato è provvisto di tutti i sensori ed elettronica di misura che consentono di monitorare e tener traccia dei parametri cinematici e dinamici del paziente durante lo svolgimento dell’esercizio, così da poter svolgere successivamente un’analisi più approfondita del miglioramento/peggioramento delle prestazioni. È fondamentale che il dispositivo sia caratterizzato dal punto di vista metrologico, in quanto le misure che deve effettuare (forza, spostamento, velocità, dislocamento del centro di pressione) verranno utilizzate per la valutazione del trattamento riabilitativo. Il dispositivo che si intende realizzare corrisponde allo sviluppo del prototipo di Figura 3, già disegnato come progetto di massima.


Figura 3. Piattaforma motorizzata/Motorized Platform

Per realizzazione la piattaforma è necessario svolgere i seguenti punti:
1. ottimizzazione del design
2. analisi dei carichi in regime dinamico
3. simulazione e realizzazione del sistema di controllo
4. progetto della catena di misura della forza e corrispondente caratterizzazione metrologica dell’insieme
5. sviluppo del trasduttore (matrice resistiva) per la misura della posizione del centro di pressione e corrispondente caratterizzazione metrologica.


Figura 4. Caschetto strumentato/Instrumented helmet

Riguardo il secondo dispositivo, il caschetto strumentato, poiché esiste già un prototipo funzionante (Figura 4) realizzato dall’unità di ricerca di Roma “La Sapienza”, è necessario svolgere i punti seguenti:
1. progettazione e realizzazione del dispositivo in funzione delle specifiche cinematiche della presente applicazione
2. realizzazione del collegamento wireless tra caschetto e workstation
3. caratterizzazione metrologica.

Nel dettaglio la presente unità di ricerca svolgerà come descritto in seguito.
FASE N.1 – Durata della fase di ricerca: 6 mesi (0-6):
a. aggiornamento della bibliografia;
b. individuazione, in collaborazione con gli altri gruppi di ricerca, delle specifiche dei dispositivi sperimentali;
c. progettazione dei dispositivi sperimentali.
RISULTATI ATTESI:
a. rapporti sintetici che verranno condivisi tra le Unità Operative.
FASE N.2 – Durata della fase di ricerca: 8 mesi (4-12):
a. progettazione dei sistemi di controllo della piattaforma;
b. realizzazione della meccanica della piattaforma;
c. realizzazione del caschetto strumentato;
d. test e verifica dei dispositivi;
e. ottimizzazione dei dispositivi.
RISULTATI ATTESI:
a. realizzazione dei dispositivi in versione beta (non definitiva);
b. elettronica di controllo.
FASE N.3 – Durata della fase di ricerca: 6 mesi (10-16):
a. analisi delle cause inferenti di errore dovute all’ambiente;
b. identificazione delle procedure di calibrazione per la stima delle incertezze associate ai valori misurati;
c. verifica delle prestazioni metrologiche del caschetto e della piattaforma;
d. esecuzione di eventuali modifiche ai dispositivi e passaggio dalla versione beta alla versione definitiva;
e. condivisione dei risultati tra le Unità Operative.
RISULTATI ATTESI:
a. Rapporti sintetici che verranno condivisi tra le Unità Operative;
b. protocolli e metodologie di calibrazione;
c. versioni definitive dei dispositivi;
FASE N.4 – Durata della fase di ricerca: 4 mesi (14-18):
a. Sviluppo del sistema wireless del caschetto;
b. Realizzazione del trasduttore a matrice resistiva per la misura dello spostamento del centro di pressione e caratterizzazione metrologica.
RISULTATI ATTESI:
a. integrazione del sistema wireless con il caschetto
b. integrazione del trasduttore a matrice resistiva con la piattaforma
FASE N.5 – Durata della fase di ricerca: 6 mesi (18-24)
a. Sintesi conclusiva dei risultati conseguiti relativamente alla strumentazione sviluppata
RISULTATI ATTESI:
a. Report conclusivo per ognuno dei due dispositivi realizzati.

BIBLIOGRAFIA SPECIFICA DELLA UNITA' DI RICERCA
1. P.CAPPA, L.MASIA, F.PATANÈ, M.M.PIERRO “Experimental evaluation of the sensitivity matrix of low cost tri-axial accelerometers” 10 pagine, ICEM12 12th International Conference on Experimental Mechanics, 29 agosto- 2 settembre, Bari (ITALY), 2004.
2. P.CAPPA, F.PATANÈ, S.ROSSI “Sviluppo di un dispositivo a basso costo per la taratura di un casco strumentato con accelerometri di tipo lineare per il rilievo di accelerazioni angolari” VI Congresso Nazionale di Misure Meccaniche e Termiche, Desenzano del Garda, 12 - 14 Settembre 2005.
3. P.CAPPA, L.MASIA, F. PATANÈ “Numerical validation of linear accelerometer systems for the measurement of head kinematics” ASME Journal of Biomechanical Engineering, 127(November): 919-928, 2005.