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Università
di Pavia Referente
Sede prof. Giovanni Mimmi giovanni.mimmi@unipv.it |
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Titolo: |
Prototipi per misure in campo biomeccanico |
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Parole chiave |
Biomeccanica, riabilitazione, cicloergometro |
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Partecipanti: |
Giovanni
Mimmi (St), Paolo
Pennacchi (Ru), Lucia Frosoni (AR), Carlo Rottenbacher (D), Andrea Negri (TL) |
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Obiettivo della ricerca |
Il
progetto di ricerca è da intendersi come proseguimento di un’attività di
ricerca già avviata da alcuni anni. Nei primi anni la ricerca si è rivolta
principalmente al settore della medicina sportiva. Negli ultimi due anni
invece la ricerca ha riguardato il settore della medicina riabilitativa. A
tal fine sono state svolte sia attività sperimentali su un cicloergometro appositamente strumentato per rilevare i
dati necessari per lo studio della biomeccanica
della pedalata, sia attività di elaborazione dei
dati tramite strumenti software appositamente implementati in grado di risolvere
la cinematica e la dinamica del modello biomeccanico.
Nell’anno in corso, utilizzando i dati sperimentali già acquisiti, è stato messo a punto un database che raccoglie le informazioni
relative ai soggetti interessati dai test in funzione delle specifiche di
ciascuna prova sperimentale (carichi resistenti, velocità, postura, etc.).
L’analisi dei dati ricavati - relativi a soggetti sia sani sia patologici - è
focalizzata all’individuazione di parametri che permettano
di descrivere la funzionalità motoria degli arti inferiori in individui che
stanno affrontando un percorso riabilitativo post-traumatico ovvero
post-operatorio. L’analisi sistematica dei dati rilevati su un vasto campione
di individui sani permette di ricavare i riferimenti
necessari per effettuare le valutazioni funzionali riguardanti i soggetti in
corso di riabilitazione. A questo scopo, nell’anno in corso è stata svolta
l’acquisizione di una nuova serie di dati rilevati tramite prove sperimentali
su soggetti patologici, in periodi successivi del loro iter riabilitativo.
L’utilità dei risultati della ricerca è legata alla possibilità di impiegare
il prototipo realizzato come indicatore di risultato in ambito clinico e come
strumento di monitoraggio del trattamento di
recupero da trauma. Per quanto riguarda il primo aspetto, è
infatti utile avere un indicatore dei risultati, derivanti da un
intervento riabilitativo, per giustificare i costi delle attività svolte in
ambito clinico. In tale ottica, possono essere impiegati sia i risultati
quantitativi (ad es. i valori delle forze esercitate sui pedali) sia i
risultati indicatori della “qualità” del movimento (ad es. i valori degli
angoli relativi formati dai pedali rispetto ad un opportuno riferimento). Per
quanto riguarda il secondo aspetto, è utile impiegare il sistema per effettuare il monitoraggio durante l’iter riabilitativo in
termini di funzionalità e di controllo della “adeguatezza” della
riabilitazione (verifica della presenza di “un’attività” dell’arto soggetto a
riabilitazione, e della quantità e qualità di tale attività). Partendo dai
risultati ottenuti con il lavoro svolto, si prevedono interessanti sviluppi
aumentando la significatività del campione esaminato nonché
il numero dei parametri monitorati con le modifiche migliorative del
prototipo. In primo luogo si potranno definire degli indici che possano
quantificare il grado di riabilitazione in base ad una scala di valori
opportunamente stabiliti. Inoltre si renderà possibile una estrapolazione
dei dati per ricavare una stima della prestazione minima efficace come
ricerca del minimo carico e della minima frequenza della pedalata, per
ottenere il massimo rendimento dal trattamento riabilitativo nel minimo tempo |
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Risultati |
G.
Mimmi,
P. Pennacchi e L. Frosini,
“System for the biomechanical
analysis of pedalling”,
in corso di pubblicazione negli atti del 5th
Symposium on Computer Methods in Biomechanics & Biomedical Engineering,
Roma, 31 Ottobre-3 Novembre 2001. G. Mimmi,
P. Pennacchi, L. Frosini
e C. Resta, “Biomechanical analysis of pedalling for rehabilitation purposes: experimental
results on non-pathological subjects”, in Proceedings
of the 13th Conference of the European Society of Biomechanics (Acta of Bioengineering and Biomechanics, Vol. 4,
Supplement 1, 2002), Wroclaw, Polonia, 1-4 Settembre 2002, pp. 233-234 (ISBN 83-7085-639X). S. Del Corona, “Allestimento e messa a punto di un cicloergometro strumentato per l’analisi biomeccanica della pedalata”, Tesi di Laurea in Ingegneria Informatica, Università di Pavia,
Relatore: G. Mimmi, Correlatori: P. Pennacchi, L. Frosini. C.
Resta, “Impiego di un cicloergometro per la
valutazione funzionale degli arti inferiori durante il trattamento
riabilitativo”, Tesi di Laurea in Ingegneria Informatica, Università di
Pavia, Relatore: G. Mimmi, Correlatori: P.
Pennacchi, L. Frosini |
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Finanziamento ottenuto |
€
6.000 |
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Istituzione finanziatrice |
Ateneo
(FAR) |
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Anno del finanziamento |
2002 |
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Tipo della ricerca |
sperimentale |
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Sede della ricerca |
Università
di Pavia, Dipartimento di Meccanica Strutturale |
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2 |
Titolo: |
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Parole chiave |
Controllo
in anello aperto, vibrazioni, manipolatore a due bracci |
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Partecipanti: |
Giovanni
Mimmi (St), Paolo
Pennacchi (Ru), Lucia Frosoni (AR), Carlo Rottenbacher (D), Andrea Negri (TL) |
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Obiettivo della ricerca |
L’attività
di ricerca riguarda il controllo in anello aperto per la minimizzazione delle
vibrazioni residue al termine del posizionamento di
un manipolatore piano a due bracci flessibili per uso spaziale azionato da
motori brushless. La
tecnica di controllo impiegata è quella in anello aperto mediante pre-shaping della legge di moto dei
singoli bracci. Per l’impiego di tale tecnica è necessario effettuare
una buona caratterizzazione del sistema, giungendo a definire le prime
frequenze proprie del sistema da controllare. Per questo motivo una prima
parte dell’attività ha riguardato l’analisi statica per la determinazione
delle frequenze proprie in funzione della configurazione assunta dal
manipolatore. L’attività
sperimentale ha richiesto la realizzazione di un manipolatore a due bracci
flessibili e di un sistema di azionamento e
acquisizione dati. Il moto delle articolazioni è realizzato attraverso due
motori brushless controllati in coppia tramite un servoamplificatore che riceve i comandi da un PC. Con
tale prototipo sono stati simulati sperimentalmente il comportamento e la
risposta dinamica del manipolatore alle diverse leggi di moto: accelerazione
costante con e senza pre-shaping, profilo di accelerazione a trapezoide modificata con e senza pre-shaping. Per
la misura delle vibrazioni residue all’estremità del manipolatore, sono
utilizzati un accelerometro e una coppia di estensimetri.
I risultati hanno mostrato come il pre-shaping risulti particolarmente efficace, riducendo l’ampiezza di
vibrazione residua al termine del posizionamento. L’attività
è quindi proseguita con lo studio teorico relativo alla robustezza del metodo
del pre-shaping e con al
realizzazione di uno strumento informatico per la progettazione e simulazione
di manipolatori flessibili. Le attività future previste sono:
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Risultati |
G.
Mimmi, L. Frosini, P. Pennacchi e C. Rottenbacher,
“Open-Loop Control of a Flexible
Manipulator with Two Links: Experimental
Results”, negli atti di DETC’01 ASME Design Engineering Technical Conferences,
Pittsburgh, Pennsylvania, USA, 9-12 Settembre 2001. Pennacchi P., Mimmi G. “Analysis of the Robustness of Motion Input
Pre-Shaping with Regard to Uncertainties in System Eigenfrequencies
and Damping”, in corso di pubblicazione
negli atti di 3rd World Conference on
Structural Control, Como, Italia, 7-12 Aprile
2002. Pennacchi P., Frontini M., Mimmi G. “Theory
of Vibration Control in Linear Systems by Means of Motion Input Pre-Shaping
with N-Pulses”, in corso di pubblicazione
negli atti di 3rd World Conference on
Structural Control, Como, Italia, 7-12 Aprile
2002. A. Martinelli, C. Rottenbacher, “Verifiche sperimentali di tecniche di
minimizzazione, in anello aperto, delle vibrazioni residue di manipolatori flessibili a due elementi articolati”, Tesi di
Laurea in Ingegneria Meccanica, Politecnico di Milano, Relatore: G. Mimmi, Correlatori: P. Pennacchi, L.
Frosini |
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Finanziamento ottenuto |
€
64.557 (ASI) + 37.701 (MURST) |
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Istituzione finanziatrice |
ASI
e MURST (parte anche per il terzo argomento di ricerca) |
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Anno del finanziamento |
2001
e 2002 |
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Tipo della ricerca |
sperimentale |
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Sede della ricerca |
Università
di Pavia, Dipartimento di Meccanica Strutturale |
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3 |
Titolo: |
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Parole chiave |
Ingranaggi,
giunti, diagnostica |
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Partecipanti: |
Giovanni Mimmi (St), Paolo Pennacchi (Ru), Lucia Frosoni (AR), Carlo Rottenbacher (D), Andrea Negri (TL) |
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Obiettivo della ricerca |
Una
nuova tematica di ricerca riguarda la diagnostica di
meccanismi del tipo ingranaggi e giunti di trasmissione. A tal fine è stato
realizzato un apposito banco prova per lo studio
sperimentale attrezzato con strumenti di misura per i rilievi sperimentali. Riguardo
questa attività di ricerca, si prevede di svolgere
attività sperimentale sul banco di prova realizzato al fine di misurare le
vibrazioni e le irregolarità di funzionamento di vari tipi di organi di
trasmissione (ingranaggi, giunti). Contemporaneamente,
lo stesso banco di prova verrà impiegato per uno
studio sull’analisi degli effetti prodotti dall’eccentricità di rotore nei
motori brushless, al fine di definire appropriati
indicatori di guasto. Sono già state svolte alcune verifiche sperimentali su
due motori dello stesso tipo, dei quali uno
modificato opportunamente con un’eccentricità dinamica del 60%. Le prove
sperimentali sono state effettuate per diversi
valori di velocità costante e per diverse forme di velocità variabile. I
risultati hanno messo in luce alcune armoniche caratteristiche negli spettri
della corrente di una fase e negli spettri della vibrazione di statore che sono più evidenti in presenza di eccentricità |
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Risultati |
L. Frosini, G. Mimmi e P.
Pennacchi, “Experimental analysis
of rotor eccentricity in brushless motors”, accettato
per la presentazione al 11th
World Congress in Mechanism
and Machine Science,
18–21 Agosto 2003, Tianjin, China |
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Finanziamento ottenuto |
€ 6.000 euro (FAR, parte anche per il primo
argomento di ricerca) e 37.701 (MURST, parte anche per il secondo argomento
di ricerca) |
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Istituzione finanziatrice |
FAR
e MURST |
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Anno del finanziamento |
2001
e 2002 per MURST, 2002 per FAR |
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Tipo della ricerca |
sperimentale |
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Sede della ricerca |
Università
di Pavia, Dipartimento di Meccanica Strutturale |
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