Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy XXIV Ciclo di Dottorato in Meccanica Applicata curriculum Biomeccanica S ISTEMI E M ODELLI PER LA B IOMECCANICA DEL C ORPO U MANO Dottorando: Marco Ometto Tutor: Giovanni Legnani

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy C ICLOERGOMETRO PER H ANDBIKE 2

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy C ARATTERISTICHE E FUNZIONALITÀ velocità Potenza costante Coppia Iperbolica velocità Potenza Coppia tempo test incrementale (Potenza) Potenza Coppia Costante Latleta può scegliere la cadenza di pedalata che preferisce. 3

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy C ICLOERGOMETRO PER HANDBIKE : F IRMWARE 4 CAN bus Stop, Emergency NoOp Const Power Poly Torque User command Motore Brushless CONVERTITORE Il convertitore esegue uno script (simile a Matlab) per lesecuzione della Macchina a Stati. Il protocollo CAN permette di cambiare i valori di alcune variabili dello script; ricevere informazioni sullo stato del motore (corrente, velocità); gestire i parametri del controllo.

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy C ICLOERGOMETRO : M ANOPOLA S TRUMENTATA 5 Due celle a ponte intero, forza parallela e perpendicolare allasse verticale della manopola. Un encoder ottico per la misura dellangolo di manovella. Un potenziometro per langolo della manopola (risp. manov.). Incertezza per modello quadratico: cella orizzontale N -> kg cella verticale N -> kg

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy FT FR pushing pulling 90° 270° 180° Crank angle 0° La trazione prevale sulla spinta Seppur significativa, la componente radiale non produce coppia motrice trazione spinta FT Comp. Tangenziale FR comp. Radiale 6

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy Q INDEX valori alti di Q potrebbero indicare migliore coordinazione / maggiore destrezza. Qi subjectLoadHRSpine % [W][bpm]injury 59% B.S C7 52% S.M C7 53% C.M T10 57% B.M T8 61% S.L T4 60% C.A AMPUTEE 66% A.M T7 63% G.G T10 7 Potenze maggiori presentano indice Q più elevato: può essere correlato alla necessità di diminuire gli sprechi di energia

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy 90°270° 180° 0° 90°270° 180° 0° [N] FT forza tangenziale positiva FR forza radiale positiva FR forza radiale negativa atleta esperto, 60 anni, lesione T10 Q=63% Trazione D IAGRAMMI P OLARI DI F ORZE A PPLICATE E EMG Blu -> Muscolo Tricipite Arancio -> Muscolo Bicipite Spinta 8

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy S ISTEMI A UTOMATICI PER LA R IABILITAZIONE 9 S TEPPER ASSISTITO DA FES S ISTEMA M ECCATRONICO PER LA RIABILITAZIONE DELL ARTO SUPERIORE R EWALK

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy S ISTEMA M ECCATRONICO PER LA R IABILITAZIONE DELL A RTO S UPERIORE 10 CAN bus Motore CONVERTITORE P RIMA V ERSIONE (B ANCO P ROVA ) SCOPO: verificare la fattibilità dei controlli piramidale con cella di carico in autoapprendimento LOGICA E CALCOLI A CARICO DEL CONVERTITORE memoria limitata funzioni - numero stati controlli - sicurezze record valori e posizioni due soli ingressi analogici amplificatore esterno per cella di carico I CONTROLLI POSSONO FUNZIONARE E NON ORIGINANO INSTABILITÀ

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy 11 S ECONDA V ERSIONE CAN bus Motore CONVERTITORE SCOPO: ripensare il layout del controllo per ottenere maggiori prestazioni e una interfaccia più user friendly. LOGICA E CALCOLI SVOLTI DAL PC memoria illimitata sdoppiamento controlli – sicurezze record valori e posizioni ingressi analogici espandibili (NI-DAQ) convertitore sfruttato per le caratteristiche avanzate di motion control (tabella PVT) ottimizzazione comunicazione bus CAN INTERFACCIA UTENTE MIGLIORATA MIGLIORATI CONTROLLI CON FEEDBACK DI FORZA AGGIUNTO CONTROLLO EMG S ISTEMA M ECCATRONICO PER LA R IABILITAZIONE DELL A RTO S UPERIORE

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy P UBBLICAZIONI, C ONVEGNI, C ORSI 12 PUBBLICAZIONI Development of a F.E.S. assisted stepper for lower limb rehabilitation, in XI° Congress of the European Federation for Research in Rehabilitation Proc., Riva del Garda, May Control strategies for a mechatronic device for elbow rehabilitation, in XI° Congress of the European Federation for Research in Rehabilitation Proc., Riva del Garda, May Multi-parameters wireless shirt for physiological monitoring, in VI° IEEE International Symposium on Medical Measurements and Application Proc., Bari, May 2011 Measurements of exerted forces during handcycling. preliminary results in XXIII° Congress of the International Society of Biomechanics Proc., Brussels, B, July 2011 Exerted forces during handcycling. Experimental results accepted in XX° AIMETA Congress, Bologna, September CONVEGNI - CORSI Sicurezza dei dispositivi medici: efficacia delle norme vigenti e nuove tecnologie, Milano, Dicembre XX° Congresso AIMETA, Bologna, Settembre 2011

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Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy C ONTROLLO EMG 15

Brescia University Mechanical and Industrial Engineering Department Italy C ONTROLLO CON C ELLA DI C ARICO 16

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