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INDICE
INDICE... 1
INTRODUZIONE ... 4
1. L’ARTO SUPERIORE UMANO... 6
1.1 Il muscolo scheletrico ... 6
1.1.1 Struttura del muscolo scheletrico... 6
1.1.2 Meccanica del sistema contrattile ... 8
1.1.3 Modello meccanico di Hill... 11
1.2 Anatomia dell’arto superiore umano... 14
1.2.1 Struttura scheletrica ed articolazioni... 15
1.2.2 Apparato muscolare ... 18
1.2.2.1 Muscoli della spalla ... 18
1.2.2.2 Muscoli del braccio... 22
1.2.2.3 Muscoli dell’avanbraccio... 24
1.2.3 Neuroni del movimento e recettori sensoriali ... 28
1.3 Il controllo motorio ... 28
2. MODELLAZIONE BIOMECANICA DELL’ARTO SUPERIORE UMANO IN CONFIGURAZIONE PLANARE... 35
2.1 Introduzione ... 35
2.2 Modello matematico ... 38
2.2.1 Schematizzazione geometrica ... 38
2.2.2 Esplicitazione della coppia ai giunti ... 41
2.2.2.1 Esplicitazione della matrice di rigidezza del manipolatore ... 43
2.3 Simulazioni del modello ... 44
2.3.1 Simulazioni in ambiente statico ... 45
2.3.1.1 Algoritmo per le simulazioni in ambiente statico ... 45
2.3.1.2 Controllo di complianza... 46
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2.3.1.3 Reiezione dei disturbi ... 50
2.3.1.4 Efficienza metabolica nella generazione di rigidezza ai giunti 52 2.3.1.5 Produzione di forza esterna... 54
2.3.1.6 Efficienza del sistema biarticolare nella produzione di lavoro 59 2.3.2 Simulazioni in ambiente dinamico... 79
2.4 Configurazione pseudo-antagonista - PARADOSSO DI LOMBARD (1855- 1939) ... 85
2.5 Conclusioni ... 89
3. APLICAZIONE DEL PRINCIPIO DI CONTROLLO AL PIATTAFORMA ROBOTICA NEURARM... 92
3.1 La piattaforma NEURARM ... 92
3.1.1 Caratteristiche progettuali della piattaforma – Struttura meccanica.... 92
3.1.2 Caratteristiche progettuali della piattaforma – Schema di attuazione.. 96
3.1.3 Giunto di spalla ... 97
3.1.4 Giunti di gomito ... 98
3.1.5 Sistema di attuazione ... 99
3.1.6 Elementi non lineari ... 104
3.1.7 Sensoristica ... 111
3.1.7.1 Sensori di tensione sui cavi... 111
3.1.7.2 Sensori angolari ... 111
3.1.7.3 Potenziometri dei pistoni e sensori di pressione ... 112
3.1.8 Integrazione Hardware-Software ... 112
3.1.9 Controllo di basso livello ... 113
3.2 Modellazione matematica del giunto di spalla di NEURARM... 118
3.2.1 Introduzione ... 118
3.2.2 Focus sulla molla non lineare... 120
3.2.3 Modello delle Bowden cable... 122
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3.2.4 Modello matematico completo... 124 3.2.5 Algoritmo di controllo in catena aperta ... 127 3.2.6 Modello Simulink ... 130 3.3 Controllo indipendente di posizione e complianza applicato alla spalla di
NEURArm ... 132 3.3.1 Introduzione ... 132 3.3.2 Risultati sperimentali ... 133 3.3.3 Fitting dei risultati sperimentali con il modello matematico e
Identificazione dinamica ... 139 CONCLUSIONI ... 147 BIBLIOGRAFIA ... 150
