Studio delle coppie torcenti generate in un esoscheletro per la riabilitazione post-ictus: applicazione al dispositivo Harmony

L’ictus cerebrale è la principale causa di invalidità a livello globale, rendendo cruciale lo sviluppo di terapie riabilitative efficaci e ad alta intensità per l’arto superiore. Il seguente elaborato si focalizza sull’esoscheletro per riabilitazione Harmony, un dispositivo body-based che riproduce l’anatomia della spalla e utilizza Attuatori Elastici in Serie (SEA) per un controllo sicuro e diretto della coppia. L’obiettivo principale della tesi è stimare la richiesta meccanica, espressa in termini di coppie torcenti (τ1 e τ2), che l’esoscheletro deve generare per assistere l’arto superiore post-ictus durante movimenti e posture sul piano sagittale. La metodologia sviluppata si basa sulla dinamica inversa applicata a un modello biomeccanico semplificato a due gradi di libertà (2-DoF) (spalla e gomito). Le analisi iniziali, condotte manualmente, hanno quantificato le coppie necessarie per il mantenimento statico e per specifici istanti dinamici, utilizzando parametri antropometrici standardizzati. Per superare i limiti di generalizzazione e complessità dei calcoli manuali, la tesi introduce e descrive l’implementazione di un ambiente di Simulazione Numerica con MATLAB. Tale strumento automatizza la risoluzione delle equazioni del moto e, tramite l’utilizzo di una funzione dedicata, rende l’analisi personalizzabile in base alle caratteristiche antropometriche individuali del paziente (Altezza H e Peso W). Per simulare movimenti fluidi e realistici, le traiettorie cinematiche sono generate attraverso i polinomi quintici. I risultati ottenuti dalla simulazione sono discussi in relazione al design dell’esoscheletro, evidenziando la predominanza della coppia richiesta alla spalla (τ1) e l’importanza di gestire i picchi di coppia indotti dalle forze inerziali. In conclusione, il lavoro fornisce uno strumento di analisi robusto, essenziale per l’ottimizzazione del sistema di attuazione e controllo di Harmony e suggerisce futuri sviluppi focalizzati sull’integrazione dei dati inerziali del dispositivo e sull’adozione di sistemi di assistenza dinamica più intelligenti.