Gruppo di Prototipazione Virtuale e Disegno
"Tor Vergata"
Dipartimento di Ingegneria dell'Impresa "Mario Lucertini"
Bioprotesi
Docenti: Prof. Ettore Pennestrì e Prof. Pier Paolo Valentini
Il corso di Bioprotesi è inquadrato nel curriculum di studi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Medica.
Il suo obiettivo è quello di fornire agli studenti conoscenze teoriche ed applicative per la sintesi e l'analisi di sistemi protesici ed ortesici mediante metodi propri dell'ingegneria assistita dal calcolatore.
Il corso attribuisce 6 crediti formativi ed è previsto per il primo semestre dell'anno accademico (periodo settembre-gennaio). Per favorire l'apprendimento le lezioni sono distribuite estensivamente nel corso di tutto il semestre.
Gli argomenti trattati nel corso saranno suddivisi per convenienza didattica in due parti. La suddivisione delle lezioni per ciascuna parte non seguirà una divisione strettamente temporale, ma gli argomenti verranno trattati in maniera da garantire la migliore efficacia didattica. Il dettaglio degli argomenti in programma è riportato nella sezione seguente.
Il corso viene impartito da due docenti. Ciascun docente è responsabile dell'organizzazione e dell'erogazione della parte di sua competenza.
Per facilitare l'individuazione degli argomenti delle lezioni, settimanalmente verrà pubblicato su questo sito il calendario dettagliato delle lezioni e il programma della settimana successiva.
Programma
PARTE I (docente Prof. Pier Paolo Valentini)
Introduzione al corso. Introduzione alle problematiche e gli strumenti dell’ingegneria virtuale. La schematizzazione delle geometrie: modellatori wireframe, B-Rep, CSG, Octree, poligonali. Modellazione parametrica basata su lavorazioni. I sistemi CAE commerciali per le applicazioni biomeccaniche e la progettazione di prodotti: caratteristiche, limiti e campi di applicazione. Strategie ed approcci alla modellazione parametrica: parti, assiemi, documentazione tecnica. Modellazione top down e bottom up. Lo schizzo 2D e 3D: entità, vincoli geometrici e dimensionali. Gli schizzi di layout e gli schizzi cinematici. Le operazioni di modellazione solida di base e le operazioni di modellazione solida avanzate. Operatori booleani e deformatori a forma libera. Modellazione di superfici. Configurazioni ed equazioni di modellazione. Vincoli di assieme statici, dinamici e superiori. Assiemi flessibili. Utilizzo ed implementazione di librerie di parti e lavorazioni. Analisi di funzionalità di parti e assiemi.
PARTE II (docente Prof. Ettore Pennestrì)
1. Analisi della struttura cinematica. Calcolo dei gradi di libertà. Analisi cinematica di sistemi piani. Centro della rotazione finita. Cenni di sintesi cinematica. Proprietà moti infinitesimi. Polari del moto.
2. Algebra lineare: Le fattorizzazioni SVD e QR. Soluzione numerica di sistemi di equazioni lineari.
3. Sistemi spaziali Cinematica dei moti tridimensionali. Angoli e parametri di Eulero. Asse del moto elicoidale per movimenti finiti ed infinitesimi. Formula di Rodrigues. Relazione tra parametri di Eulero e velocità angolare di un corpo. Sistemi computerizzati di analisi del movimento umano (motion capture).
4. Principio del lavori virtuali. La formulazione lagrangiana. Vincoli olonomi e non olonomi. Equazioni della dinamica con numero minimo di coordinate.
5. Calcolo delle matrici d’inerzia per solidi composti. Equazioni di Newton-Eulero. Applicazioni alla biomeccanica. Integrazione numerica delle equazioni del moto.
Risultati dell'apprendimento
Il corso di carattere sia teorico, sia applicativo si pone come obiettivo quello di fornire agli studenti le conoscenza base e avanzate per la modellazione e la simulazione di prototipi virtuali di protesi ed ortesi. Durante lo svolgimento delle lezioni, gli studenti avranno la possibilità di prendere confidenza con gli strumenti di ingegneria assistita dal calcolatore comunemente impiegati nelle realtà industriali. Come verifica dell'apprendimento è previsto lo svolgimento di un progetto applicativo di gruppo sulla modellazione e simulazione e l'esecuzione di una prova scritta sui differenti argomenti del corso.
Modalità d'esame
L'esame finale è strutturato in una prova scritta e nella valutazione di un progetto/esercitazione di gruppo.
Il progetto di gruppo sarà assegnato ad inizio corso, dividendo gli studenti in gruppi da massimo 2 unità. Il tema del progetto sarà concordato con il docente. Potranno essere previste revisioni intermedie per valutare lo stato di avanzamento.
La prova scritta sarà composta di domande di teoria e di esercizi su tutti gli argomenti del corso. Durante la prova non sarà permessa la consultazioni di appunti e/o libri.
Il voto finale sarà determinato sulla base dei risultati della prova finale (max 27/30) e sulla valutazione del progetto di gruppo (0-4 punti).
Propedeuticità
Nessuna. Si consiglia comunque la conoscenza degli argomenti della Meccanica dei Solidi e di un linguaggio di programmazione.
Testi consigliati
PARTE I
Chirone E., Tornincasa S. ''Disegno tecnico industriale'' vol. 2 - ed. il Capitello, Torino
Farin G. ''Curves and Surfaces for CAGD'' Morgan Kaufmann Pub., USA
Dispense a cura del docente
Manuali di utilizzo dell'ambiente di modellazione Solidworks
PARTE 2
AA.VV. Cinematica e Dinamica dei Sistemi Multibody a cura di F.Cheli, E. Pennestrì vol I, Casa Editrice Ambrosiana.
A. Di Benedetto, E. Pennestrì, Introduzione alla cinematica dei meccanismi, Casa Editrice Ambrosiana, vol.II
E. Pennestrì, Dinamica Tecnica e Computazionale, Casa Editrice Ambrosiana,
Orari e modalità didattiche
MODALITA' DI EROGAZIONE
Tradizionale (Lezioni frontali e esercitazioni).
Per l'a.a. 2021-2022 le lezioni saranno erogate in modalità mista ( distanza e presenza). Gli studenti potrenno tramite il portale Delphi richiedere accesso all'aula virtuale.
MODALITA' DI FREQUENZA
La frequenza è facoltativa sebbene altamente consigliata.
SEDE DELLE LEZIONI
Università di Roma "Tor Vergata" - Via del Politecnico, 1.
Per l'a.a. 2021-2022 le lezioni saranno erogate in modalità mista. Gli studenti potrenno tramite il portale Delphi richiedere accesso all'aula virtuale per seguire le lezioni a distanza.
DATE INIZIO E TERMINE
Il corso è estensivo ed è previsto per il primo semestre dell'anno accademico.
ORGANIZZAZIONE DELLA DIDATTICA
Per l'anno accademico 2021-2022 i giorni riservati alle lezioni saranno i seguenti:
Mercoledì 16.00 - 18.30 - Aula 4 e Aula Virtuale Microsoft Teams
Giovedì 16.00 - 18.30 - Aula 4 e Aula Virtuale Microsoft Teams
Venerdì 9.30 - 11.00 - Aula C3 e Aula Virtuale Microsoft Teams
Trattandosi di un corso estensivo non tutti i sudetti gliorni saranno interessati dallo svolgimento delle lezioni, ma la cadenza seguirà criteri di massimo apprendimento, sempre nel rispetto dell'erogazione di 6 c.f.u. L'orario specifico e gli argomenti tratati verranno pubblicati settimanalmente nell'aula virtuale MS-Team.
L' aula 4 (Nuovi Edifici) è attrezzata con prese di corrente per poter alimentare i propri portatili per svolgere le esercitazioni in aula.
La pianificazione settimanale delle lezioni sarà pubblicata nelle pagine dell'aula virtuale Teams.
Come riferimento si riporta l'esempio dello schema settimanale dell'organizzazione didattica per uno degli scorsi anni accademici
SETTIMANA I
Mercoledì 26/09/2019 - Introduzione al corso e Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini
Giovedì 27/09/2019 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 28/09/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
SETTIMANA II
Mercoledì 02/10/2019 - NESSUNA LEZIONE
Giovedì 03/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 04/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
SETTIMANA III
Mercoledì 09/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 10/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 11/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
SETTIMANA IV
Mercoledì 16/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 17/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 18/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
SETTIMANA V
Mercoledì 23/10/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico e scaricare il file di esercitazione
Giovedì 24/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 25/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì - si consiglia di scaricare i seguenti documenti di approfondimento:
doc1 -
doc2 -
doc3
SETTIMANA VI
Mercoledì 30/10/2019 - Lezioni parte I, Ing. Marco Cirelli - impostazione progetto di gruppo - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 31/10/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 01/11/2019 - NESSUNA LEZIONE - FESTIVITA' DI OGNISSANTI
SETTIMANA VII
Mercoledì 06/11/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico e scaricare
il file di esercitazione
Giovedì 07/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Venerdì 08/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
SETTIMANA VIII
Mercoledì 13/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Giovedì 14/11/2019 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 15/11/2019 - Lezioni parte II, Ing. Marco Cirelli
SETTIMANA IX
Mercoledì 20/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
Giovedì 21/11/2019 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 22/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
SETTIMANA X
Mercoledì 27/11/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 28/11/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico e scaricare il file dell'esercitazione
Venerdì 29/11/2019 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì
SETTIMANA XI
Mercoledì 04/12/2019 -NESSUNA LEZIONE
Giovedì 05/12/2019 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 06/12/2019 - NESSUNA LEZIONE
SETTIMANA XII
Mercoledì 11/12/2019 -Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Giovedì 12/12/2019 - Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini - si consiglia di portare in aula un calcolatore elettronico
Venerdì 13/12/2019 - NESSUNA LEZIONE
SETTIMANA XIII
Mercoledì 18/12/2019 - NESSUNA LEZIONE
Giovedì 19/12/2019 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 20/12/2019 - NESSUNA LEZIONE
SETTIMANA XIV
Mercoledì 08/01/2020 - NESSUNA LEZIONE
Giovedì 09/01/2020 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 10/01/2020 - Seminario Ing. Federico Bilotti "Criteri di qualità nella progettazione degli strumenti chirurgici passivi ed attivi"
SETTIMANA XV
Mercoledì 15/01/2020 - NESSUNA LEZIONE
Giovedì 16/01/2020 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 17/01/2020 - NESSUNA LEZIONE
ORARIO DI RICEVIMENTO
Gli studenti possono richiedere un ricevimento contattando il docente sulla piattaforma Microsoft Teams
Raccolta di esempi di progetti di gruppo degli anni passati
Progetti dell'a.a. 2018-2019
Informazioni sul progetto di gruppo da presentare nell'anno accademico corrente
Scopo: Esercitarsi a disegnare e simulare in ambiente CAD una protesi/ortesi o un dispositivo di interesse biomedico da analizzare a partire da uno studio brevettuale. Sono previste attività integrative sull'impiego di tecniche di ingegneria inversa per la modellazione dei tessuti biologici o sull'implementazione di metodologie di analisi fotogrammetriche del movimento.
Tema: il tema del progetto è unico è proposto dal docente ad inizio corso (es. Brevetti di protesi, ausili ortopedici, macchinari ospedalieri, etc.). Saranno previste esercizi specifici per ciascun gruppo.
Gruppi: composti da max 2 studenti
Scadenze: Si faccia riferimento all'aula Virtuale MS-Teams
Presentazione: CD/DVD o chiavetta USB con tutto il materiale elettronico.
Contenuto del CD/DVD da presentare alla fine del progetto:
- Tutti i file di modellazione (parti e assiemi
ed eventuali geometrie ricostruita con tecniche di ingegneria inversa)
- dettagli di tutti gli studi propedeutici (osservazioni, misurazioni e calcoli)
- Un documento (relazione) descrittiva dell’oggetto del progetto,
comprensiva di una tabella di raffronto tra immagini del brevetto e
della loro modellazione virtuale, una spiegazione delle principali caratteristiche di funzionamento illustrate con il modello
virtuale riprodotto. Il documento dovrà contenere I nomi, matricole ed indirizzi email dei componenti del gruppo.
- Un documento (relazione) descrittivo della metodologia di costruzione e soluzione del modello di analisi del movimento (cinematica e/o
dinamica) comprensivo dei risultati e della loro discussione.
- Un documento (relazione) descrittiva di tutte le attività integrative (ingegneria inversa o analisi fotogrammetrica) assegnate
a ciascun gruppo tramite email.
- Tutti i file a corredo delle attività integrative così come indicato a ciascun gruppo a mezzo email.
- Un file indice del supporto multimediale con l’elenco e la descrizione delle cartelle/file allegati.