Progetto d'anno 2012/2013 — Laboratorio progettuale CAD (prof. Gaetano Cascini)
Borlin Nicola, Cunego Roberto, Mangiaracina Matteo

Baricentro protesi
Studio dell’influenza del peso della protesi sulla velocità di swing e creazione meccanismo che ne varia il baricentro.

Analisi cinematica

In una prima analisi la protesi viene trattata come un pendolo, al fine di valutare la variazione della frequenza di oscillazione in funzione della posizione della massa baricentrica.

Di seguito sono riportati i due grafici ottenuti posizionando la massa rispettivamente all'estremo inferiore e a quello superiore. Come si può notare, nel primo caso il periodo T risulta maggiore e quindi la frequenza di oscillazione è minore.


Si può ritenere pertanto che ai fini di una camminata lenta sia più vantaggioso per l'utente un posizionamento in basso della massa, viceversa per una corsa o camminata veloce, dove è richiesta una maggiore frequenza, è migliore un baricentro più elevato.


Analisi dinamica

L'analisi dinamica riguarda il calcolo della coppia necessaria al movimento della protesi. Si è considerata un'oscillazione di ampiezza 45°, a una velocità di 45°/s (è la velocità standard a cui le protesi vengono testate).

Nei tre grafici seguenti è rappresentato il momento richiesto per l'oscillazione della protesi nei tre diversi casi: massa posizionata in basso, a metà e in alto. Le immagini a lato mostrano la posizione della massa all'interno del tubo e il baricentro, contrassegnato da un punto giallo.







Come si può vedere la coppia richiesta diminuisce all'innalzamento della massa e quindi del baricentro della protesi. Il valore massimo risulta essere rispettivamente:

  • 2203,91 N*mm (baricentro basso)
  • 2009,92 N*mm (baricentro intermedio)
  • 1807,85 N*mm (baricentro alto)
Perciò una regolazione della posizione della massa verso l'alto avvantaggia l'utente nella fase di camminata veloce, in quanto gli viene richiesta una minore forza per il movimento.


Analisi FEM

Per completezza è stata svolta anche una verifica a trazione della vite, che ruotando permette il movimento verticale della massa, a sua volta vincolata a scorrere all'interno del tubo tramite due guide prismatiche. Il sistema "massa + vite" interno al tubo è stato sottoposto alla sola forza gravitazionale: lo sforzo massimo a trazione ottenuto (pari a circa 0,824 MPa) è sicuramente trascurabile, dunque la vite può essere ritenuta in condizioni di sicurezza.