Vincenzo Parenti Castelli

Le linee di ricerca vertono su: 1- Metodi avanzati di analisi e sintesi di meccanismi spaziali in catena aperta o chiusa volti a: determinazione di algoritmi efficienti per il controllo in tempo reale; gestione delle singolarità; sintesi di nuove architetture isotrope; definizione di indici di prestazione cinematica e dinamica. 2- Studio di nuove architetture di meccanismi cedevoli elastici e di originali metodi di modellazione orientati al controllo in tempo reale. 3- Algoritmi per la valutazione dell'influenza dei giochi nei manipolatori in catena aperta ed in catena chiusa. 4- Affinamento dei modelli di meccanismi equivalenti per lo studio del moto passivo delle articolazioni umane (in particolare ginocchio e caviglia), tenendo in considerazione l'influenza dell'interazione tra legamenti e ossa. 5- Sintesi e progettazione di arti protesici innovativi per amputati di spalla e di ginocchio, sulla base delle idee contenute in un brevetto del coordinatore della ricerca. 6-Progettazione di sistemi robotici di riabilitazione e di dispositivi biomedicali.

1- Metodi avanzati di analisi e sintesi di meccanismi spaziali in catena aperta e catena chiusa. Gli ultimi vent'anni hanno visto un impiego sempre più consistente delle macchine automatiche. Fra queste hanno rivestito particolare importanza i robot seriali e paralleli (meccanismi in catena aperta e chiusa ripettivamente) . Accanto ad aspetti di tipo applicativo, molti problemi di carattere teorico restano aperti, volti sia al miglioramento del controllo delle macchine sia alla sintesi di architetture innovative che consentano migliori prestazioni meccaniche. La presente ricerca, continuando l'attività condotta già da diversi anni, si propone di affrontare in particolare: la determinazione di algoritmi più efficienti per il controllo in tempo reale dei robot; la gestione delle singolarità cinematiche e di rappresentazione del meccanismo; la sintesi di nuove architetture (ad esempio meccanismi isotropi) che consentano il disaccoppiamento delle equazioni del moto migliorando gli algoritmi di controllo; la definizione di indici di prestazione per confrontare diverse topologie di meccanismi. 2- Meccanismi cedevoli elastici (complianti). In alcune applicazioni è necessario un controllo molto esasperato della posizione e orientamento dei membri di un meccanismo. Ne sono un esempio le applicazioni spaziali di orientamento dei telescopi, alcune lavorazioni alle macchine utensili e la manipolazione di oggetti nel settore delle micro e nanotecnologie. I meccanismi tradizionali, costituiti da coppie cinematiche realizzate in più parti accoppiate fra loro, non riescono a garantire talvolta le precisioni richieste. I meccanismi complianti sono delle strutture costituite da tratti notevolmente cedevoli e tratti estremamente rigidi. Le zone cedevoli fungono da coppie elastiche e quelle cedevoli da membri rigidi di un meccanismo” che prende il nome di meccanismo cedevole o, come entrato ormai nell'uso, meccanismo compliante. La ricerca si propone di studiare sia nuove architetture sia metodi originali di modellazione per consentire il controllo della configurazione in tempo reale. 3- Influenza dei giochi nei meccanismi piani e spaziali. Per consentire un agevole montaggio e un corretto funzionamento dei meccanismi, la presenza di gioco nelle coppie cinematiche è praticamente indispensabile. Essa, tuttavia, produce inevitabili errori di posizionamento, i quali devono essere contenuti entro le tolleranze prescritte. Precaricare gli organi al fine di annullare il gioco può essere possibile, ma non sempre conveniente. Diventa quindi importante valutare preventivamente l'effetto dei giochi per poter definire le tolleranze di costruzione ottimali (dalle quali, in definitiva, dipendono i costi di fabbricazione). La ricerca si propone di mettere a punto algoritmi originali di valutazione del gioco, sia nei robot seriali sia, cosa più complessa, nei manipolatori paralleli. 4- Meccanismi equivalenti per la modellazione del moto passivo di articolazioni umane. Nello studio delle articolazioni umane è di fondamentale importanza lo studio del movimento passivo, cioè lo studio del movimento in assenza di carichi esterni applicati. La ricerca condotta dal gruppo negli anni precedenti ha cercato di sintetizzare con successo meccanismi equivalenti in grado di simulare il moto passivo di alcune articolazioni, quali il ginocchio e la caviglia. Le ricadute principali dei risultati sono nella pianificazione degli interventi chirurgici e nella progettazione di nuove protesi articolari. Per una maggiore conoscenza del comportamento dell'articolazione anche sotto carico è necessario affinare i modelli considerando anche la viscoelasticità dei legamenti e la loro interazione con le altre strutture quali, ad esempio, le ossa. La ricerca, condotta in collaborazione con gli Istituti Ortopedici Rizzoli, si propone da un lato di affinare i modelli dei meccanismi equivalenti, dall'altro di realizzare algoritmi sempre più efficienti per contenere i tempi di simulazione. 5- Sintesi e progettazione di arti protesici (per amputati di spalla e di ginocchio). La progettazione di arti protesici per amputati ha ricevuto negli ultimi anni una crescente attenzione, soprattutto per gli sviluppi dei materiali, dell'automazione e della robotica. Elemento fondamentale del sistema protesi resta comunque la parte meccanica, seppure vada poi integrata con le parti elettriche e/o elettroniche. L'attività del gruppo di ricerca che ha svolto negli ultimi anni un proficuo lavoro sulle protesi di braccio e più di recente sulle protesi di ginocchio, intende proseguire gli studi focalizzando l'attenzione, in particolare su una protesi innovativa di spalla a due gradi di libertà per amputato alto. Il gruppo di ricerca intende, inoltre, proseguire nello studio di base iniziato quindici anni fa che dovrebbe portare, utilizzando alcune idee innovative contenute in un paio di brevetti del coordinatore della ricerca, alla progettazione di protesi innovative di ginocchio e di caviglia. 6- Sintesi e progettazione di sistemi robotici di riabilitazione e di dispositivi biomedicali. L'attività verte sulla sintesi di esoscheletri per la riabilitazione di pazienti affetti da disabilità motorie derivate da varie cause quali, ad esempio ictus. In particolare viene affrontatata la sintesi e la progettazione di esoscheletri di mano e di arto superiore. Per la progettazione di dispositivi biomedicali sono in fase avanzata attività di sintesi e progettazione di strumenti per chirurgia mini invasiva ovvero per interventi laparoscopici.