Gruppo di Prototipazione Virtuale e Disegno 

Università di Roma
"Tor Vergata"

Dipartimento di Ingegneria dell'Impresa "Mario Lucertini"

 

 

 

 

 

 

 

Bioprotesi

Docenti: Prof. Ettore Pennestrì e Prof. Pier Paolo Valentini

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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.  Metodologie di ingegneria inversa in ambiente CAD per il settore biomedicale.

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 e sulla valutazione del progetto di gruppo.

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).

MODALITA' DI FREQUENZA

La frequenza è facoltativa sebbene altamente consigliata.

SEDE DELLE LEZIONI

Università di Roma "Tor Vergata" - Via del Politecnico, 1.

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 2017-2018 i giorni riservati alle lezioni saranno i seguenti:

Mercoledì 16.00 - 18.30 - Aula 4 Edificio Didattica

Giovedì 16.00 - 18.30 - Aula 4 Edificio Didattica

Venerdì 9.30 - 11.00 - Aula C6 Edificio Didattica

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 in questo spazio.

L' aula 4 (Nuovi Edifici) è attrezzata con prese di corrente per poter alimentare i propri portatili per svolgere le esercitazioni in aula.

Schema settimanale dell'organizzazione didattica

SETTIMANA I
Mercoledì 27/09/2017 - Introduzione al corso e Lezioni parte I, Prof. Pier Paolo Valentini
Giovedì 28/09/2017 - NESSUNA LEZIONE
Venerdì 29/09/2017 - Lezioni parte II, Prof. Ettore Pennestrì

ORARIO DI RICEVIMENTO

Nel periodo di erogazione del corso (25/09/2017 - 19/01/2018) il ricevimento studenti è così organizzato:

Prof. Pier Paolo Valentini: mercoledì dalle 14.00 alle 16.00 presso lo studio del docente.

Prof. Ettore Pennestrì: giovedì dalle 14.00 alle 16.00 presso lo studio del docente.     

Nel periodo di non erogazione del corso il ricevimento studenti è per appuntamento.

Raccolta dei progetti di gruppo degli anni passati

Progetti dell'a.a. 2016-2017

Progetti dell'a.a. 2015-2016

Progetti dell'a.a. 2014-2015

Progetti dell'a.a. 2013-2014

Progetti dell'a.a. 2012-2013

Progetti dell'a.a. 2011-2012

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: Entro 20 ottobre (meglio prima) composizione gruppi (relazione cartacea di 1 pagina). Progetto completo da presentare entro il 19 gennaio.

Presentazione: CD/DVD 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)
- Una cartella con una raccolta di immagini .jpg significative del lavoro svolto (parti, assiemi, etc.)
- 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.

Date di esame

SESSIONE AUTUNNALE 2016-2017 (E' possibile sostenere entrambi gli appelli)

I Appello: lunedì 11 settembre 2017, ore 9.30, aula 4, edificio didattica.

II Appello: giovedì 11 settembre 2017, ore 9.30, aula 4, edificio didattica. 

 

La durata della prova è di circa 2 ore

Modalità di Prenotazione.

La prenotazione agli appelli è obbligatoria e può essere effettuata fino a 6 giorni prima dello svolgimento di ciascun appello.
Per prenotarsi occorre utilizzare la procedura informatica disponibile sul Portale Delphi della Didattica di Ateneo.In caso di problemi di accesso al portale, è possibile inviare un'email al Prof. Pier Paolo Valentini, chiedendo l'inserimento manuale della prenotazione, specificando nome, cognome, matricola e appello. Tali richieste dovranno essere inoltrate entro lo stesso termine di prenotazione, pena l'invalidità della prenotazione stessa.

Si ricorda che per sostenere la prova di esame è necessario aver consegnato il progetto di gruppo almeno 5 giorni prima dello svolgimento dell'appello.

Non saranno ammessi a sostenere le prove gli studenti che non si atterranno alle modalità di prenotazione descritte.

La prova scritta finale verterà su tutti gli argomenti teorici del corso. Il voto finale sarà dato dalla valutazione della prova scritta e da un bonus/malus sulla valutazione del progetto di gruppo.