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 PERUGIA - INGEGNERIA INDUSTRIALE - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Gianluca Rossi

Descrizione

In questo programma di ricerca il sistema di taratura a pendolo che è stato precedentemente realizzato per caschetti strumentati con accelerometri verrà integrato con un nuovo sistema di movimentazione basato su due shaker elettrodinamici (di cui uno già in possesso dall’ UO di Perugia) integrato con opportuni cinematismi per la taratura di caschetti strumentati e sistemi inerziali. Le caratteristiche meccaniche dei due shaker ed i loro controlli saranno differenti: devono infatti garantire accelerazioni differenti con differenti valori di spostamento nella direzione verticale rispetto alle altre due. In questa fase, per ragioni di economia, il sistema di taratura è a soli due assi eventualmente integrabili in un futuro con uno terzo. Il caso strumentato dovrà essere quindi posto su di una tavola vibrante, vincolata tramite cinematismi in grado di amplificare opportunamente le corse degli shaker utilizzati. Il sistema di taratura dovrà essere in grado di poter riprodurre opportunamente differenti accelerazioni, significative delle ampiezze e frequenze tipiche delle accelerazioni lineari ed angolari subite dalla testa del paziente durante il cammino e durante altre funzioni motorie. Pertanto dovrà essere condotta una preliminare analisi bibliografica ed eventualmente sperimentale volta a definire tali spettri tipici che si vorranno riprodurre nel sistema di taratura.
L’impiego del sistema di taratura basato su shaker dovrà anche permettere di ottenere informazioni sul comportamento dinamico del casco strumentato quando questo sarà sottoposto a spettri di accelerazioni specifici, permettendo inoltre di valutare l’affidabilità e la stabilità dello strumento stesso, e di ottenere una ottimizzazione degli algoritmi necessari per ricavare i parametri cinematici del moto a cui è sottoposta la testa del paziente durante la fase di locomozione e durante altre funzioni motorie di interesse medico-riabilitativo.


Il programma di ricerca che l’U.O. di Perugia intende svolgere si articola su quattro fasi, in accordo con il programma generale:

Fase 1: Progetto del banco per la taratura del casco strumentato
La prima fase dell’attività consiste nel progetto, presso i laboratori dell’U.O. di Perugia, del banco prova da utilizzare per la caratterizzazione e taratura del casco strumentato. Il banco sarà basato su due eccitatori elettrodinamici, di cui uno da acquisire, e su un opportuno cinematismo, realizzato ad hoc, per poter simulare gli spettri di accelerazione tipici subiti dalla testa a seguito dei più frequenti movimenti del corpo umano, definiti sulla base di una ricerca bibliografica eventualmente integrata da misure specifiche. In questa sede verranno inoltre stabiliti, mediante l’ausilio di adeguati codici di calcolo Multibody, quali sono le configurazioni ottimali dei cinematismi da realizzare.

Fase 2: Realizzazione del banco prova
In questa fase sarà realizzato il banco prova progettato nella fase precedente, corredato da tutti i cinematismi atti a trasferire al casco strumentato i corretti livelli di accelerazione e di spostamento, richiesti e misurati sperimentamene nella fase precedente. Il casco strumentato sarà posizionato su di un opportuno supporto vibrante, appositamente realizzato, collegato agli eccitatori attraverso i cinematismi anzidetti. Il sistema vibrante sarà in grado di fornire al casco strumentato sia le tipiche vibrazioni associate ai movimenti base della testa, sia spettri di carico particolarmente gravosi, al fine di valutare la stabilità del sistema di misura da realizzare. Questa fase terminerà con il collaudo del banco prova, verificando la funzionalità del banco stesso, eventualmente anche mediante vibrometri laser, disponibili presso l’ UO di Ancona, per verificare l’incertezza e la ripetibilità dei moti e degli spettri di vibrazione ottenibili col sistema realizzato.

Fase 3: Sviluppo di metodologie di misura e di calcolo per la taratura del casco strumentato in base alle accelerazioni generate dai movimenti della testa, considerati di interesse medico-riabilitativo.
In questa fase saranno sviluppati modelli, e/o validati quelli fatti da altre sedi, che descrivono il comportamento cinematico/dinamico sia del casco strumentato che dell’intero sistema di trasmissione dei movimenti generati dagli shaker, permettendo quindi di associare ai movimenti simulati della testa i segnali forniti dagli accelerometri installati sul casco nel modo più opportuno. I risultati numerici delle simulazioni saranno verificati sperimentalmente impiegando tecniche di misura di vibrazioni tradizionali (accelerometri tarati SIT) e opportuni sistemi di acquisizione pluri-canale da acquisire ad hoc. Particolare attenzione sarà posta sulla valutazione delle funzioni di trasferimento fondamentali per descrivere i cinematismi di movimentazione del sistema di taratura, i sistemi di installazione degli accelerometri, le proprietà delle strutture a cui essi sono connessi.

Fase 4: Effettuazione di tarature, raccolta ed analisi dei risultati per la definizione di procedure di taratura del casco strumentato.
Dopo aver definitivamente messo a punto e completamente caratterizzato il banco esso sarà impiegato per effettuare le tarature del casco, in diverse configurazioni.
Sulla base delle prove sperimentali condotte saranno anche messi a punto ed implementati nel sw di elaborazione i modelli che risulteranno più opportuni per determinare, partendo dai valori di accelerazioni misurate dagli accelerometri posti sul casco strumentato, i parametri cinematici significativi per descrivere il movimento dalla testa nelle condizioni di interesse medico-riabilitativo più opportune.