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Università
della Calabria Referente
Sede prof. Guido Danieli danieli@unical.it |
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1 |
Titolo: |
Utilizzo della realta’ virtuale nella C.A.O.S. (Computer Assisted Orthopaedic Surgery) |
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Parole chiave |
Realta’
Virtuale, Robotica, Imaging |
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Partecipanti: |
G.A.
Danieli (Pac), G. Fragomeni (Ass. R.), D. Mundo (Ru), G. Gatti (Dott) |
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Obiettivo della ricerca |
La
ricerca in oggetto riguarda lo studio e lo sviluppo di tecniche e strumenti
che permettano di eseguire atti chirurgici con
l’ausilio delle tecnologie robotiche e della realtà virtuale. Il
primo consente il centraggio di un punto e di una direzione in una regione
dello spazio di cui l'operatore non ha visibilità. Le applicazioni possono
essere molteplici: centrare particolari lesioni scheletriche di piccole dimensioni,
consentire il corretto posizionamento di fili guida
o di viti ortopediche a cielo coperto, ad esempio per infilare con precisione
una vite nel foro di una placca endomidollare o per
inserire dei chiodi nella testa di un femore fratturato. Il
secondo consiste in un sistema per la
riduzione di fratture ossee, che consentirà al medico di osservare, sul video
di un Personal Computer ed in real time, l'esatta
posizione dei due monconi ossei durante l'operazione. Tali immagini non
deriveranno da una visione diretta ma dalla ricostruzione matematica di due
immagini fluoroscopiche rilevate su due piani
differenti all'inizio dell'operazione. La finalità principale di questa applicazione, è di aumentare la precisione e le
potenzialità di intervento, eliminando nel contempo totalmente le radiazioni
cui è normalmente soggetto il medico, riducendo fortemente anche quelle cui è
soggetto il paziente. |
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Risultati |
Sono stati realizzati dei prototipi funzionanti dei
dispositivi ed i relativi software necessari alla loro gestione. Sono stati generati film che mostrano sia
la realtà effettiva che la ricostruzione in realtà virtuale. Non sono stati
applicati in campo operatorio poiché non si poteva portare il goniometro attuale
in camera operatoria. G. Fragomeni "Applicazioni di Computer Aided Orthopaedics " 3° Convegno Nazionale I.N.B.B. (Istituto Nazionale Biostrutture
e Biosistemi) - Nuove prospettive in Biostrutture
e Biosistemi - 26-28 novembre 1998 Venezia - pag.XXIII G. Danieli, G. Fragomeni, E. Giuzio, O. La Ferla “The UNICAL
Goniometer, a fundamental tool in computer aided
fixation and virtual reality representation of the operatory
theatre” 5th International Symposium on CAOS (Computer Assisted
Orthopaedic Surgery) February 17-19/2000 Davos (CH)
– pag. 31 Danieli, G. Fragomeni, E. Giuzio “Using enhanced Reality in fracture reduction
Through external Fixation” ESDA 2000 (Petroleum Division ASME) - 5th Biennal Conference on engineering systems design &
analysis - July 10-13 2000 Montreux Switzerland (Pagg. 125-129) G.A. Danieli, G. Fragomeni e G. Perrozziello, "An iterative solution to establish a
correspondence between points image and real coordinates in space for
application to real time V. R. representation of surgical procedures", 6th Biennial Conference on Engineering
Systems Design and Analysis, Istanbul, Turkey, july
8-11 2002, # ESDA2002/BIO-016 G. Gatti,
G. Fragomeni, e G. A. Danieli,
"Theoretical Study and Design of a six Degrees of Freedom Measuring
Device for Biomechanical Applications", 6th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis,
Istanbul, Turkey, july 8-11 2002, #
ESDA2002/BIO-015 |
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Finanziamento ottenuto |
€ 4.123 – Fondi per Giovani ricercatori (Università della
Calabria), anno 2001 – G. Fragomeni €
7.747 – Programma CNR Agenzia 2000, anno 2001 – G. Fragomeni |
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Istituzione finanziatrice |
Università
- CNR |
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Anno del finanziamento |
2001 |
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Tipo della ricerca |
nuova,
sperimentale |
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Sede della ricerca |
Cosenza |
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2 |
Titolo: |
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Parole chiave |
Misura
di spostamenti, sistemi laser, attuatori, controllo
elettronico |
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Partecipanti: |
G.A.
Danieli (Pac), G. Fragomeni (Ass. R.), D. Mundo (Ru) |
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Obiettivo della ricerca |
L’obiettivo
del progetto è consistito nel proporre un sistema di monitoraggio continuo
della posizione degli impalcati di un ponte e di
periodico riallineamento degli stessi. Lo scopo è di consentire la
costruzione di viadotti in zone interessate da lenti movimenti franosi. La
ricerca, infatti, nasce da una richiesta di collaborazione avanzata al
Dipartimento di Meccanica dell’Università della
Calabria da parte dell’A.N.A.S, allo scopo di
risolvere l’annoso problema dell’interruzione dell’autostrada Salerno-Reggio Calabria all’altezza della Valle del
Sirino (Pz). Nella zona è presente una lenta ma
continua frana, che ha portato alla chiusura, a seguito del disallineamento degli impalcati, del ponte previsto dal
tracciato autostradale |
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Risultati |
La
ricerca svolta ha condotto alla progettazione di un sistema di misura degli spostamenti e di periodico riallineamento degli
impalcati di un ponte. Il sistema di monitoraggio misura la posizione
relativa dei pilastri utilizzando un sistema laser multiplo. Il dispositivo
di base per la misura degli spostamenti è composto da
un sistema che, grazie ad una video camera ed ad un raggio laser non interferometrico, misura gli spostamenti di un punto in
un piano, accoppiato ad un secondo raggio laser interferometrico,
capace di fornire informazioni sugli spostamenti fuori piano. È stato
realizzato un prototipo del sistema di misura degli
spostamenti nel piano. Il sistema di riposizionamento
utilizza dei sollevatori meccanici a
sei gradi di libertà, controllati da un computer. Gli attuatori
sono stati progettati in modo che, in condizioni di riposo, fungano da appoggi per l’impalcato e abbiano anche la
funzione di supporto antisismico. G.A. Danieli, G. Fragomeni e D. Mundo,
"Proposta di un sistema di misura continua degli spostamenti e di
riallineamento periodico degli impalcati di un ponte in zona di frana, atto a
permettere una quasi continua percorribilità del viadotto stesso",
congresso AIMETA di Taormina, settembre 2001 G.A. Danieli, G. Fragomeni, D. Mundo and M. Vigna, ” Proposal of a Bridge Deck
Displacement Continuous Measuring Device and Periodical Realignment System
Designed to Minimize Traffic Interruptions”, Proceedings of ETCE2002:
Engineering Technology Conference on Energy - G.A. Danieli, “Studies Toward the Development of a Continuous
Position Monitoring and Discontinuous Repositioning System of a Danieli, G.A. "3D
motion distant measuring device from a single reference point",
PCT/IT00/00523 del |
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Finanziamento ottenuto |
€ 7.681 Ex-MURST
60% E.F.2001 + € 10.329 da ANAS |
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Istituzione finanziatrice |
Università
+ ANAS |
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Anno del finanziamento |
1999-2001 |
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Tipo della ricerca |
nuova,
sperimentale, progettuale |
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Sede della ricerca |
Cosenza |
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3 |
Titolo: |
Goniometro Autobilanciante |
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Parole chiave |
Goniometro,
Robot di Misura, Calibrazione |
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Partecipanti: |
G.A.
Danieli (Pac), G. Fragomeni (Ass. R.), D. Mundo (Ru), G. Gatti (Dott) |
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Obiettivo della ricerca |
L’obiettivo del progetto
consistite nella progettazione,
realizzazione e verifica sperimentale di un misuratore goniometrico autobilanciante a sei gradi di libertà per la misura real-time della posizione e quindi del moto relativo di
due oggetti moventesi nello spazio. I sei gradi di
libertà necessari sono garantiti da altrettanti accoppiamenti rotoidali solidali a trasduttori angolari digitali. Dalla
conoscenza della geometria del sistema e dei valori degli angoli registrati
da ciascun encoder è
possibile risalire alla posizione relativa di un’estremità dello strumento
rispetto all’altra. Il sistema di autobilanciamento del peso dell’intera struttura
garantisce da un lato un ridotto effetto di carico sulla misurazione stessa,
dall’altro una notevole facilità di impiego. Tale sistema fornisce le forze
necessarie a garantire l’equilibrio per ogni membro attraverso un sistema di attuatori, molle e cavi in
modo da preservare la configurazione attuale e assecondando gradualmente ogni
spostamento inferto dall’operatore. Un sistema di estensimetri
che misura le tensioni delle molle di bilanciamento fornisce un feed-back al
controllore che provvede a comandare gli attuatori
i quali garantiscono il bilanciamento. Le
applicazioni di un tale sistema sono in campo ortopedico, dove il misuratore
può essere utilizzato per il rilievo del moto di articolazioni
e come validissimo ausilio alla chirurgia e protesizzazione |
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Risultati |
La
ricerca svolta è partita da un’approfondita ricerca bibliografica nel settore
che ha contribuito allo studio e sviluppo di un prototipo non bilanciato del
dispositivo in esame. La progettazione e realizzazione del prototipo ha reso possibile l’individuazione di problematiche non
evidenti nella prima fase di progettazione. È stato affrontato il problema della calibrazione off-line, ossia
via software, del misuratore. Tale procedura ha consentito di compensare gli
errori derivanti dalle tolleranze di lavorazione dei pezzi e le imprecisioni di assemblaggio che si ripercuotono in maniera incisiva
sulla posizione dell’end-effector del misuratore. Di
pari passo è stata eseguita una prima progettazione di massima dello
strumento auto-bilanciato, comprendente la parte meccanica, il sistema di
bilanciamento e il controllo. È stato realizzato un prototipo funzionante non
bilanciato del misuratore. È stata quindi sviluppata e realizzata tutta la
relativa parte hardware e software di controllo e gestione. È stato
sviluppato un efficiente algoritmo di calibrazione
cinematica che ha consentito di ridurre di 10 volte l’errore di imprecisione nella posizione dell’end-effector. G.
Gatti, “Progettazione, Costruzione e Collaudo del Nuovo
misuratore Goniometrico a sei Gradi di Libertà” – Tesi di laurea UNICAL 1999-2000. G. Gatti,
G. Fragomeni, e G. A. Danieli,
"Theoretical Study and Design of a six Degrees of Freedom Measuring
Device for Biomechanical Applications", 6th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis,
Istanbul, Turkey, july 8-11 2002, #
ESDA2002/BIO-015 S.
Savio, “Progettazione Progettazione di un
Misuratore Goniometrico Autobilanciante a Sei Gradi
di Libertà con Supporto Mobile Fissabile Rigidamente” – Tesi
di laurea UNICAL 2001-2002. Guido A. Danieli, Gionata
Fragomeni, Gianluca Gatti, Saverio Savio and Saverio Vitelli “Theoretical analysis of a new self balancing
twelve d.o.f. goniometer
for Virtual Reality representation of the surgical theatre” accettato a the
11th World Congress in Mechanism and Machine Science Tianjin, China G.A.
Danieli, G. Fragomeni, G.
Gatti, D. Mundo, S. Savio e S. Vitelli
"Goniometro autobilanciante a sei o a dodici
gradi di libertà", Italian Patent Application N.
CS2002A000005, deposited 28-05-2002 |
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Finanziamento ottenuto |
€
7.064– da finanziamenti Ex-MURST 60% E.F.2002 |
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Istituzione finanziatrice |
Univ.
Calabria |
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Anno del finanziamento |
2002 |
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Tipo della ricerca |
nuova,
sperimentale, progettuale |
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Sede della ricerca |
Dip.
Meccanica - Unical |
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4 |
Titolo: |
Navigatore-Robot Autobilanciante |
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Parole chiave |
Goniometro,
Robot, Calibrazione, Realta’
Aumentata Nell’ortopedia |
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Partecipanti: |
G.A.
Danieli (Pac), G. Fragomeni (Ass. R.), D. Mundo (Ru), G. Gatti (Dott) |
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Obiettivo della ricerca |
L’obiettivo del progetto consistite nella progettazione,
realizzazione e verifica sperimentale di un misuratore goniometrico autobilanciante a sei gradi di libertà per la misura real-time della posizione e quindi del moto relativo di
due oggetti moventesi nello spazio, in grado, su
comando, di bloccare la propria configurazione e riposizionarsi correttamente
onde permettere ad un medico di eseguire tagli o perforazioni con estrema
precisione, lasciandogli il robot il solo grado di avanzamento
dell’utensile. Il progetto deriva dal precedente, ma se ne differenzia per la
capacità del sistema di diventare attivo, accoppiando quindi alla caratteristiche del Navigatore quelle del Robot, ma
lasciando comunque al medico la piena visibilità e responsabilità dell’atto
stesso, in quanto il robot si limita a “tenergli ferma la mano”, essendo però
anche in grado, sempre su richiesta, di spostarsi su piani paralleli, ed
essendo sempre in grado di mostrare in realtà aumentata, la posizione dello
strumento rispetto alla struttura ossea del paziente. |
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Risultati |
Programma
di ricerca “SVITEROBOR” Sviluppo di Tecnologie Robotiche per l’Ortopedia,
appena concepito per partecipare ad un bando POR Ricerca - Regione Calabria. G
A. Danieli "Navigatore Robot per interventi di
protesica ortopedica", Domanda di Brevetto No.
CS2002A000022., depositata 7/11/2002. |
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Finanziamento ottenuto |
107.987
– da finanziamenti POR –% E.F.2002 |
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Istituzione finanziatrice |
Regione
Calabria su fondi CEE |
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Anno del finanziamento |
2002 |
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Tipo della ricerca |
nuova,
sperimentale, progettuale |
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Sede della ricerca |
Dip.
Meccanica - Unical |
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5 |
Titolo: |
Ruote Dentate Anche Elicoidali a Raggio Variabile |
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Parole chiave |
Ruote
Dentate a Raggio Variabile, Primitive del Moto |
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Partecipanti: |
G.A.
Danieli (Pac), D. Mundo (Ru) |
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Obiettivo della ricerca |
L’obiettivo del progetto consistite nella progettazione, realizzazione e verifica
sperimentale di ruote dentate costruite su primitive a raggio variabile atte
a generare particolari leggi del moto. Tali ruote saranno anche elicoidali,
essendo l’elica non derivante dal semplice avvolgimento elicoidale di un
profilo, ma generato ad intervalli regolari partendo dal profilo della
primitiva in punti diversi. Scopo della ricerca lo sviluppo
di coppie di ruote elicoidali atte ad imprimere ad un pistone una
prestabilita legge del moto, attraverso un manovellismo biella
manovella collegato alla ruota condotta, essendo la ruota motrice collegata
ad un grosso volano e rotante a velocità quasi uniforme. Utilizzo
della tecnologia particolarmente adatto a comandare presse meccaniche con
caratteristiche di moto ottenibili fino ad ora con sistemi elettro-oleodinamici. Rilevante la elicoidalità
delle dentature, che ne incrementa la continuità della trasmissione del moto,
riducendo anche le sollecitazioni meccaniche del sistema. |
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Risultati |
La
ricerca svolta si è concentrata inizialmente sullo sviluppo di una
metodologia per intagliare ruote dentate su profili a raggio variabile,
culminato nell’ottenimento di un’equazione differenziale che descrive
l’ingranamento di ruote dentate ad angolo di pressione costante su primitive
a raggio variabile. A partire da questo punto si è poi svolta una ricerca
tendente alla generazione di profili coniugati atti a realizzare
predeterminate leggi del moto, e conseguentemente si è perfezionato il
programma di generazione dei profili che possono essere individuati per
profili qualsiasi, giungendo anche a variare gli angoli di spinta
da un dente al successivo onde incrementare la continuità della trasmissione
del moto. Si è infine iniziato a
sviluppare il know how relativo alla progettazione di ruote dentate
elicoidali. La ricerca continua sulla
resistenza e resistenza all’usura di queste ruote. Si sono costruite sino ad ora ruote a denti diritti
usando una fresatrice a controllo numerico, e ruote a dentatura elicoidale
usando una macchina di prototipazione rapida. G.A. Danieli "Profilo
di un Dente ad Angolo di Spinta Costante per Ruote a Primitiva Generalizzata
e Relative Applicazioni", Domanda di Brevetto No. CS96A00010, depositato
25/7/96, concesso 23/10/00, No. 1303048 G.A.
Danieli, “Ruote dentate elicoidali a raggio
variabile e ad angolo di spinta costante”, Domanda
di Brevetto No. CS99A0019, depositata 15/12/99 G.A. Danieli,
“Analytical Description of Meshing of Constant Pressure Angle Teeth Profiles
on a Variable Radius Gear and its Applications”, Journal of Mechanical
Design, ASME Transactions, March 2000, Vol. 122, pp. 123-129. G.A. Danieli
"Variable radius helical gears", PCT/IT00/00524 del G.A. Danieli
and D. Mundo, “New Developments in Variable Radius
Gears Using Constant Pressure Angle Teeth”, inviato
a Mechanism and Machine Theory, Elsevier Press, manuscript MMT 37-32 D. Mundo,
G.A. Danieli, M. Maiorino,
A. Pisano and A.F. Salatino,
“Generation of variable radius elliptical helical gears and experimental
results”, inviato all'11th World Congress in
Mechanism and Machine Science, August 18-21, 2003, Tianjin,
China, accettato, paper Gt39 |
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Finanziamento ottenuto |
6.109 |
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Istituzione finanziatrice |
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Anno del finanziamento |
2000
– Finanziamenti ex-MURST 60% E.F.2000 |
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Tipo della ricerca |
nuova,
sperimentale, progettuale |
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Sede della ricerca |
Dip.
Meccanica - Unical |
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6 |
Titolo: |
Sviluppo di
un’apparecchiatura per la misura delle caratteristiche elastiche di un arto amputato Progetto INSIDE INcreasing
ProSthesIs DEsign |
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Parole chiave |
Scanner
3D Laser, Recupero da Handicap,
Strumentazione Innovativa |
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Partecipanti: |
G.A.
Danieli (Pac), G. Fragomeni (Ass. R.), D. Mundo (Ru), G. Gatti e D. Morchella (Dott) |
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Obiettivo della ricerca |
L’obiettivo
del progetto consistite nella progettazione, realizzazione e verifica
sperimentale di un sistema di misura della forma di un’arto amputato al
variare della pressione su questo esercitato, in modo da facilitare la
costruzione dell’invaso per la protesi, grazie alla conoscenza della diversa
elasticità dei vari tessuti ed alla loro localizzazione. Sostanzialmente si tratta di un recipiente
a tenuta stagna, ma fornito di un foro superiore in cui viene
introdotto il moncone di arto da protesizzare,
opportunamente coperto da una guaina stagna collegata al recipiente stesso.
Tramite un sistema di specchi comandati da step
motor ed un laser refrattometrico, la superficie
del moncone viene interamente scannerizzata più
volte, variando ogni volta la pressione del contenitore, determinandone
variazione di forma e quindi caratteristiche elastiche |
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Risultati |
La
ricerca svolta si è concentrata inizialmente sullo sviluppo del sistema laser
e sul disegno del contenitore stagno. Già disponibile il progetto del
sistema, sia per la parte scannerizzazione che per
il contenitore. G.A.
Danieli e D. Moschella
"Apparacchiatura di misura delle
caratteristiche elastiche di un'estremità articolare
ai fini della progettazione di una scarpa anatomica o di un invaso per
protesi per pazienti amputati", Domanda di Brevetto No. CS2002A00001, depositata 28/01/2002. G.A. Danieli
e D. Moschella "System for the measure of the
elastic characteristics of an amputee limb", PCT/IT03/00025, depositata |
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Finanziamento ottenuto |
€
179,000 – da finanziamenti CEE CRAFT |
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Istituzione finanziatrice |
CEE |
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Anno del finanziamento |
2002
- 2003 |
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Tipo della ricerca |
nuova,
sperimentale, progettuale |
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Sede della ricerca |
Cosenza |
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7 |
Titolo: |
Navetta a guida vincolata per il trasporto interno
dell’Università |
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Parole chiave |
Trasporti
- Veicoli Innovativi |
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Partecipanti: |
G.A.
Danieli (Pac), M. Marchionni (Cons. est.), G. Fragomeni (Ass. R.), D. Mundo (Ru), G. Gatti (Dott) |
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Obiettivo della ricerca |
Sviluppare
un sistema a guida vincolata e propulsione a GPL per il trasporto persone
all’interno dell’Università |
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Risultati |
3
tesi di laurea, e proposta PON in preparazione |
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Finanziamento ottenuto |
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Istituzione finanziatrice |
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Anno del finanziamento |
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Tipo della ricerca |
Nuova,
sperimentale, progettuale |
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Sede della ricerca |
Cosenza |
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La
finalità principale è quella di facilitare il compito del chirurgo e
dell'ortopedico aumentando la precisione e le potenzialità di intervento.