Robotica chirurgica (2012/2013)

Corso a esaurimento (attivi gli anni successivi al primo)

Codice insegnamento
4S000640
Crediti
6
Coordinatore
Paolo Fiorini
Altri corsi di studio in cui è offerto
Altri corsi di studio in cui è offerto
    Settore disciplinare
    ING-INF/05 - SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI
    Lingua di erogazione
    Italiano
    L'insegnamento è organizzato come segue:
    Attività Crediti Periodo Docenti
    Teoria 4 II semestre Paolo Fiorini
    Laboratorio 2 II semestre Gerolamo Fracastoro

    Orario lezioni

    II semestre
    Attività Giorno Ora Tipo Luogo Note
    Teoria lunedì 8.30 - 11.30 lezione Aula I  
    Laboratorio martedì 14.30 - 17.30 lezione Laboratorio didattico Gamma  

    Obiettivi formativi

    L'obbiettivo del corso e' quello di presentare agli studenti i concetti fondamentali della robotica chirurgica, che e' una delle interazione "fisica" (aptica) e "fisico-visiva" piu' complesse tra un sistema computerizzato, tipicamente un robot chirurgico, e l'ambiente che lo circonda e/o l'operatore. Il robot possono essere in diretto contatto con un operatore umano oppure anche a grande distanza. A questo tipo si situazione appartengono anche i sistemi di teleoperazione, i sistemi di tele-guida, e i sistemi di riabilitazione. Per questo motivo, il corso affrontera' anche aspetti relativi alle tele-guida di veicoli robotizzati.

    In questo corso verranno poste le basi teoriche dell'interazione aptica e aptico-visiva tra operatore, sistema computerizzato e ambiente, lasciando al corso di "Robotica" lo sviluppo di argomenti piu' avanzati. Il corso si articolera' in una parte di teoria e una di laboratorio.

    Nella parte di teoria verranno presentati i metodi fondamentali per l'analisi dell'interazione di dispositivi aptici con l'ambiente che li circonda e con l'operatore, includendo lo studio di cinematica e cenni di dinamica. Saranno inoltre introdotti i concetti di base sul controllo dei dispositivi aptici e sulla pianificazione del loro movimento.

    In seguito, verranno trattati gli aspetti piu' specifici dell'interazione affrontando il caso dei sistemi di teleoperazione mono e bi-laterali. Verranno presentati alcuni modelli matematici di sistemi di teleoperazione e ricavate le condizioni fondamentali di stabilita' e trasparenza nel caso di assenza di ritardo di comunicazione. Saranno dati anche i concetti fondamentali della misura della qualita' dell'interazione per mezzo di esperimenti di psicofisica sull'interazione aptica e la relazione tra aptica e visione.

    Nella parte di laboratorio, i concetti teorici verranno illustrati con realizzazioni pratica usando il LEGO Mindstorm e i robot didattici KUKA youBot. Agli studenti verranno dati alcuni rudimenti di chirurgia robotica e verra' illustrato il funzionamento del robot Zeus, con il quale verranno fatti alcune prove di operazioni chirurgiche sui manichini disponibili nel laboratorio.

    Programma

    Modulo: Teoria
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    Parte Prima
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    - Introduzione al corso: motivazione e stato dell'arte.
    - Cinematica nel piano e nello spazio.
    - La rappresentazione matematica di traslazioni e rotazioni.
    - La convenzione di Denavit-Hartenberg.
    - La cinematica diretta, inversa e differenziale dei dispositivi aptici.
    - La cinematica di un veicolo a ruote.
    - La pianificazione del movimento: cammino e traiettoria.
    - Cenni di dinamica dei dispositivi aptici.
    - Cenni di controllo di un dispositivo aptico.

    Parte Seconda
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    - I sistemi di teleoperazione.
    - Struttura fisica e architettura software.
    - I diagrammi di energia.
    - La teleoperazione bilaterale: la riflessione di forza.
    - I modelli lineari di un sistema di teleoperazione.
    - La condizione di stablita'.
    - La condizione di trasparenza.
    - Interazione aptica e visione.
    - La simulazione di un sistema di teleoperazione.
    - Gli esperimenti di psicofisica
    - Cenni di analisi statistica dei dati: ztest, ttest, regressione lineare, ANOVA.

    Modulo: Laboratorio
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    - descrizione dell'ambiente software (ROS-OROCOS)
    - descrizione del sistema LEGO MindStorm
    - dimostrazione dei concetti di base usando un simulatore
    - realizzazione e analisi di un robot fisso
    - realizzazione e analisi di un robot mobile
    - presentazione ed esempi con il KUKA youBot
    - la chirurgia minimamente invasiva
    - la chirurgia robotica
    - introduzione all'uso del robot Zeus
    - esercitazioni pratiche sul robot chirurgico

    Modalità d'esame

    L'esame di profitto del corso consiste in un progetto che affronti degli argomenti avanzati rispetto a quelli affrontati nel corso. In collaborazione con il docente, lo studente dovra':
    - scegliere uno o piu' articoli scientifici relativi al materiale presentato nel corso,
    - preparare una simulazione (o un esperimento) in grado di dimostrare gli argomenti trattati negli articoli,
    - preparare una relazione dettagliata sul lavoro svolto
    - fare una breve presentazione riassumendo i punti principali dello studio fatto.

    Statistiche per i requisiti di trasparenza (Attuazione Art. 2 del D.M. 31/10/2007, n. 544)

    I dati relativi all'AA 2012/2013 non sono ancora disponibili