Ottimizzazione di un esoscheletro attivo di ausilio per il ginocchio = Optimization of an active knee joint exoskeleton

Il presente lavoro di tesi è incentrato sull’ottimizzazione di un esoscheletro attivo per il ginocchio indossabile da un adulto italiano facente parte del 95 percentile. L’elaborato parte da un progetto preliminare dell’esoscheletro, composto in particolare da una barra del femore, una barra della tibia e un cilindro pneumatico con stelo esagonale antirotante, e dai diagrammi di corpo libero di tali elementi meccanici nella fase di mid-stance, ovvero nella parte di camminata a terra in cui tutto il peso del corpo grava su una sola gamba che è quindi una situazione più gravosa. A seguito dei calcoli dei carichi sia sulla barra della tibia che del femore, si è eseguita la verifica statica di tali componenti mediante analisi agli elementi finiti. Queste analisi sono condotte per verificare la corretta tenuta delle barre piatte dopo l’applicazione dei carichi, verificando che il coefficiente di sicurezza a snervamento sia maggiore o uguale a 2.50, perché il dispositivo deve essere indossato da una persona e questo richiede sicuramente livelli di sicurezza elevati. Per effettuare questi studi, si sono scelti diversi materiali e sono state eseguite alcune prove cambiando lo spessore delle barre, a seguito di queste in definitiva il materiale richiesto è la lega di alluminio 7075 T6 che concilia elevate proprietà meccaniche con peso assai ridotto in confronto ad un normale acciaio. La barra della tibia verificata presenta le dimensioni 35x3 mm mentre quella del femore di 30x3 mm. Aspetto fondamentale del presente lavoro di tesi è inoltre la scelta curata della lunghezza della barra del femore, se da un lato infatti si potrebbe scegliere una barra del femore che coincide con il femore dell’adulto italiano 95 percentile, dall’altro sarebbe utile andare verso una soluzione in cui si rende libero il giunto dell’anca dall’ingombro della barra del femore, quindi questa risulterà più corta. Vengono inoltre accennati alcuni aspetti per effettuare le regolazioni antropometriche, ovvero accorgimenti mirati all’adattamento di tale esoscheletro attivo a più persone e quindi non solo all’uomo adulto italiano del 95 percentile.