4P-K : design of a passive polycentric with pressure measurement prosthetic knee joint

In the knee joint prosthetic field there's a continuos research aimed at improving amputees' life quality. The models have evolved from the simplest single axis to the most complex electronically controlled, but retaining a kinematic chain strcucture and aiming at the similarity of the trajectories of the natural and prosthetic center of rotation. This project proposes the development of a new product following an innovative strategy, using the trajectory of a significant point of the femur as a parameter. The bibliographic analysis made it possible to determine the kinematic and dynamic parameters of reference and the geometry of the surfaces whose relative movement causes the complex natural joint motion. Since this is a complex motion on several planes, simplifications have been introduced that allow it to be recreated while not giving up fundamental aspects such as the presence of two axes of rotation, the overall rototranslatory movement and the presence of two different motion periods. An axial load damping mechanism is also proposed that emulates the function of the menisci. A special integrated cover was designed with the aim of being an accessory means of expression of the user's identity, facilitating the acceptance of a new self-image. The materials allow a coherent integration and the satisfaction of some of the requirements found to be among the most crucial for users but not addressed by the products on the market. Finally, the development of a sensorized socket is proposed aiming at increasing the pressure data available at the socket-liner-stump interface which can be at the same time a means of evaluating the efficiency of the designed aid and verifying users' deambulation.

Nel mondo delle ginocchia protesiche si riscontra una costante ricerca volta a migliorare la qualità di vita dell’utente amputato. I modelli si sono evoluti dai più semplici a singolo asse fino ai più complessi controllati elettronicamente ma conservando una struttura a catena cinematica e mirando alla similitudine delle traiettorie del centro di rotazione naturale e protesico. Questo progetto propone lo sviluppo di un nuovo prodotto seguendo una strategia innovativa, utilizzando come nuovo parametro la traiettoria di un punto significativo del femore. L’analisi bibliografica ha permesso di determinare i parametri cinematici e dinamici di riferimento e la geometria delle superfici il cui movimento relativo determina il complesso moto caratteristico dell’articolazione naturale.Trattandosi di un moto complesso su più piani, sono state introdotte semplificazioni che permettessero di ricrearlo pur non rinunciando ad aspetti fondamentali quali la presenza di due assi di rotazione, il movimento complessivamente rototraslatorio e la presenza di due periodi di moto differenti. Viene inoltre proposto un meccanismo di ammortizzamento del carico assiale che emuli la funzione dei menischi. Un’apposita cover integrata è stata progettata con l’obiettivo di essere un accessorio mezzo di espressione dell’identità dell’utente, facilitando l’accettazione di una nuova immagine di sé. I materiali scelti ne permettono una coerente integrazione e il soddisfacimento di alcuni dei requisiti risultati essere fra i più cruciali per gli utilizzatori ma non affrontati dai prodotti in commercio. Infine, si propone lo sviluppo di un invaso sensorizzato volto ad incrementare i dati disponibili sui valori di pressione all’interfaccia invaso-liner-moncone che possa essere allo stesso tempo mezzo di valutazione dell’efficienza dell’ausilio progettato e di verifica della corretta deambulazione dell’utente.