Il piede Equilibrium è una protesi esterna per paziente adulto, di livello K2, la protesi è cioè
ideata per la deambulazione quotidiana e il superamento di piccoli ostacoli quali marciapiedi, scale ecc...
Attualmente la protesi è costituita da una lamina in carbonio e da un cinematismo in AL 7075 T6 che simula l'attività
della caviglia umana.
Due molle poste anteriormente e posteriormente rispetto al fulcro della "caviglia" permettono l'accettazione e il trasferimento dei carichi
dovuti alla camminata.
Coassialmente alle molle sono posti due bumper in poliuretano che fungono da fine corsa e permettono di gestire le situazioni in cui
il carico non agisce perfettamente sull' asse delle molle, incrementando così la sicurezza.
Nell'immagine sotto riportata sono ben evidenti tutti i componenti della protesi, la quale nella sua interezza pesa 550 gr.
In accordo con i requisiti, la nostra attenzione per la riduzione del peso si è focalizzata sui due attacchi il cui
peso complessivo è di 230 gr (le altre parti ad eccezione del perno sono tutte da catalogo e il loro peso è standard).
Ricordiamo che, come da requisiti, la lamina non risulta modificabile, in quanto prodotta direttamente dall'azienda utilizzando uno
stampo già in uso per un'altra protesi.
Lo studio del modello attuale ha seguito due fasi che si sono rivelate fondamentali per il successivo sviluppo del progetto:
-Analisi cinematica: per determinare le costanti elastiche equivalenti dei gruppi molla-bumper, per una corretta impostazione
dell'analisi a elementi finiti.
-Analisi FEM: per determinare sforzi e deformazioni.
Dall'analisi cinematica, eseguita con Inventor®, si sono determinati gli schiacciamenti delle molle e
le costanti elastiche equivalenti che permettono la flessione richiesta della caviglia, fissata a 22° all'anteriore e
15° al posteriore. I K trovati sono:
-Anteriore: 117 Nmm (molla fisica)+900 Nmm (bumper).
-Posteriore: 93 Nmm (molla fisica)+300 Nmm (bumper).
Per l'analisi a elementi finiti abbiamo utilizzato il software Abaqus®.La scelta è ricaduta su questo software
a causa della complessità della geometria da simulare che rendeva molto imprecisa la stima dei carichi trasmessi tra i vari componenti.
Abbiamo così eseguito la simulazione sull'assieme complessivo della protesi, attenendoci alla normativa ISO 10328.
I carichi applicati sono i seguenti:
-Prova punta: 2240 N con inclinazione di 15° rispetto alla verticale.
-Prova tallone: 2240 N con inclinazione di 20° rispetto alla verticale.
Dalle analisi, come è visibile nelle immagini sotto riportate, si evidenziano zone di maggiore sollecitazione in corrispondenza
delle zone di appoggio della molla, del perno e della sua sede.
Gli sforzi massimi registrati nelle simulazioni sono conformi alle aspettative.
Il modello risulta resistere alla condizione più gravosa di carico con un coefficiente di sicurezza adeguato.
Ulteriori specifiche sulle analisi FEM.
