Ingeniería Mecatrónica (Lic.)

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Diseño de un sistema mecatrónico para la limpieza automática del fondo y de las paredes internas de acuarios ornamentales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-04-12) Chacón Salas, Dimas Antony; Hidalgo Herencia, Franco
En este trabajo se presenta el diseño mecatrónico de una máquina automática encargada de la limpieza del fondo y las paredes internas de los cristales de un acuario ornamental. Esta máquina es capaz de trabajar en acuarios prismáticos con altura de hasta 40 cm, ancho entre 32 cm y 60 cm y largo de hasta 1 m sin la necesidad de retirar el agua del acuario. La máquina, ubicada por encima del acuario, trabaja succionando por zonas circulares (una zona a la vez) el fondo del acuario, mediante una bomba, retirando los desperdicios que se almacenan entre la grava aprovechando su menor densidad. Este proceso de succión se realiza con un actuador lineal que aleja y acerca un succionador al fondo el acuario. Asimismo, la limpieza de los cristales se realiza con gomas de caucho instaladas alrededor del succionador. Cada vez que el succionador se encuentre trabajando cerca de las paredes del acuario, con ayuda del movimiento vertical del actuador lineal, las gomas de caucho limpian los cristales por fricción. El trabajo abarca la selección de los sensores y actuadores, de los planos mecánicos para la construcción de la máquina, los planos de conexiones eléctricas, el diseño de las tarjetas electrónicas específicas para el tablero de control y los bloques de flujo para la lógica que seguiría una programación futura. El costo de fabricación del sistema mecatrónico para la limpieza del fondo y cristales internos de acuarios usando un micro PLC es de aproximadamente US$ 2909.
Diseño de un sistema mecatrónico para el cortado de cebollas para uso en restaurantes
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-04-16) Rivera Loyola, Carlos Alberto; Kato Ishizawa, Gustavo
La utilización de máquinas que realicen tareas repetitivas en la cocina surgió para hacernos la vida más fácil y que permite optimizar el tiempo utilizado en ellas. En la actualidad se encuentra gran variedad de sistemas que tienen múltiples funciones como cortar, rebanar o picar pero hay otros que se fabricarán para cumplir otras tareas particulares de acuerdo a la necesidad. El realizar manualmente cortes en cebollas es una rutina que ha permanecido vigente en restaurantes o nuestro hogar, se sabe que se invierte un tiempo no despreciable para realizarlos y peor aún si se calcula el total gastado por un chef en una cevichería, la cual atiende un gran número de comensales, el resultado de este cálculo nos obliga a pensar si es necesario la intervención de un chef para realizar dicha tarea secundaria sabiendo que es de más utilidad que este se enfoque en la calidad y preparación de los platos que el de realizar cortes en cebollas. El objetivo de esta tesis es diseñar un sistema mecatrónico que realice 2 diferentes tipos de corte en cebollas. El sistema cuenta con sensores infrarrojos para detectar la presencia de estas. Utiliza motores actuadores electrónicos para las tareas anteriormente mencionadas, se da por un microcontrolador ATmega16. Además está diseñado en base a las normas sanitarias correspondientes a proceso con alimentos y a uno ergonómico para su fácil manipulación. Otro requerimiento es su presentación (estética) para que sea atractiva para su venta. El desarrollo de esta tesis está compuesto por 5 capítulos. En primer lugar se explica la problemática cuya solución se dará a través del sistema mecatrónico. En segundo lugar se expone los requerimientos mecánicos, eléctricos, electrónicos, de control y demás se presenta por medio de las vistas frontal, lateral, superior e isométrica al sistema. En el tercer capítulo se explica el funcionamiento por medio del diagrama de bloques, se describe a los sensores y actuadores utilizados, y cada plano mecánico, esquemático y diagrama de flujo del programa de control. En cuarto lugar se detallas un presupuesto para la implementación del sistema indicando cada componente con su respectivo proveedor o fabricante.
Diseño de un sistema mecatrónico para la extracción del zumo de limones
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-11-11) Robles Pizarro, Luis David; Kato Ishizawa, Gustavo
Las máquinas nos permiten realizar distintos trabajos con menor esfuerzo y tiempo. Asimismo, el empleo de éstas no solo se restringe a sectores industriales, sino que es común encontrarlas en la vida diaria. Se utilizan máquinas para cocinar como los hornos microondas; pero también existen otras que permiten cortar, licuar y extraer el zumo de alimentos. Para el caso del limón, se debe tomar en cuenta las herramientas, así como el procedimiento a utilizarse. Los pasos para extraer el zumo de un limón, generalmente, son: cortar el limón por la mitad, quitar las pepas, exprimir las mitades mientras se separan los residuos con un colador, y botar la cáscara y residuos. El objetivo de esta tesis es desarrollar un sistema mecatrónico que permita realizar los pasos ya mencionados. Para ello la máquina utiliza un motor para el corte y extracción de los limones. El sistema cuenta con un sensor ultrasónico para detectar la cantidad de zumo obtenido. El control de encendido y apagado del motor se realiza por medio de un ATmega8. El desarrollo de la tesis está compuesto por 5 capítulos. En primer lugar, se trata sobre la problemática y su solución por medio de un sistema mecatrónico. En el segundo capítulo, se considera los requerimientos del sistema propuesta, tanto mecánicos, eléctricos, electrónicos y control; asimismo, se presenta las vistas de la máquina. En el tercer capítulo se explica el funcionamiento de la máquina, los sensores y actuadores utilizados, se muestra además los planos mecánicos, planos electrónicos, y el diagrama de flujo del programa de control. En el cuarto capítulo se detalla el presupuesto para implementar el sistema. Finalmente, en el capítulo cinco mostrarán las conclusiones del trabajo.
Sistema de detección de fallas en tuberías ferromagnéticas por dispersión de flujo magnético
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-12-18) Popayán Ávila, Jhossep Augusto; Hidalgo Herencia, Franco
En este trabajo se presenta el diseño mecatrónico de un sistema automático para la detección de fallas en tuberías ferromagnéticas de un diámetro de 18 pulgadas. El diseño del sistema permite identificar distintos tipos de fallas tales como corrosión y fisuras superficiales e internas. El método que usa el sistema para la detección de fallas en tuberías ferromagnéticas es la “Dispersión de flujo magnético” o “Magnetic flux leakage”. La dispersión de las líneas de flujo magnético se debe a las fallas antes mencionadas las cuales generan un aumento en la lectura de los sensores de efecto Hall. El sistema diseñado trabaja desplazándose a través de la tubería y a la vez sensa constantemente diferentes parámetros, como corriente en los motores y sensores que permiten la geo localización del sistema, para asegurar su correcto funcionamiento. En el momento en el que el sistema detecta una falla en la tubería, basada en algoritmos que se explican en este trabajo, este se encarga de almacenar tanto las lecturas de los sensores de efecto Hall, imágenes de la falla y la localización de la falla para su posterior análisis. El trabajo abarca la selección de sensores y actuadores; diseño de planos mecánicos, eléctricos, diagramas de flujo. Por último se concluye con el desarrollo del marco teórico necesario para el desarrollo del sistema y simulaciones que muestran los resultados que el sistema obtendría al detectar una falla dentro de las tuberías.
Generación de energía eléctrica a partir del paso de vehículos por un reductor de velocidad de sección trapezoidal ("rompemuelle")
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-06-06) Dajes Dávalos, Luis Miguel; Osada Mochizuki, José Antonio
El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar una propuesta de obtención de energía a través del tránsito vehicular por un “rompemuelle” (reductor de velocidad) ubicado en la carretera. Como una medida de seguridad vial, las autoridades vienen instalando reductores de velocidad, conocidos como “rompemuelles” con la intención de reducir la potencialidad de accidentes e incidentes de tránsito en los sectores de las carreteras que atraviesan las zonas urbanas y que no presentan la debida señalización. En el país existen muchas estaciones de pesaje y de peaje que no cuentan con suministro de energía eléctrica por lo que recurren al uso de sus propios grupos electrógenos. En algunos casos, estas estaciones tienen un bajo consumo de energía, sin embargo deben mantener encendido el grupo electrógeno, lo que significa un permanente consumo de combustible. En muchas zonas urbanas el suministro eléctrico se realiza por cableado aéreo, lo que en algunas ocasiones resulta difícil e inseguro conseguir la electricidad para la señalización e iluminación diferenciada del reductor de velocidad. El principal objetivo es obtener la mayor cantidad de energía a partir del empleo de un multiplicador de velocidad, la inercia de un disco y un generador eléctrico. La energía potencial de un vehículo debido a su peso puede ser aprovechada a través de un mecanismo que la transforme en energía cinética y posteriormente a energía eléctrica. Este sistema mecatrónico ofrece una fuente de energía que podrá ser usada en señalizaciones en las carreteras, estaciones de pesaje y de peaje que no cuentan con suministro de energía eléctrica; así como los “rompemuelles” ubicados en las zonas urbanas en el que el suministro de energía por la vía aérea resulta peligroso.
Diseño de automatización del laboratorio de acuicultura del IMARPE mediante un SCADA
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-06-09) Trejo Ponte, Edwin William; Hidalgo Herencia, Franco
En la actualidad, el laboratorio de acuicultura del Instituto del Mar del Perú (IMARPE) cuenta con 5 salas dedicadas a distintos organismos marinos para su investigación. Estos ambientes son: sala de microalgas, sala de alimentos vivos, sala de larvicultura, sala de moluscos y sala de reproductores. En estos espacios, se desarrollan diversos estudios como el comportamiento de los peces, la aceleración en su crecimiento y el mejorar el proceso reproductivo. Además, todos son operados de forma manual por los trabajadores de la institución y muchas veces demandan de equipos portátiles para cumplir su labor. El objetivo de este trabajo es diseñar la automatización del laboratorio mediante un sistema SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) que brinde la opción de controlar y monitorear diversos parámetros remotamente. La temperatura, el flujo de oxigenación, el caudal del agua de mar, radiación UV e iluminación son las medidas más esenciales. Por ello, se emplean PLC’s para las señales de control con sus respectivos módulos de expansión de entradas y salidas, ya sean analógicas, digitales o del tipo relé. Asimismo, se cuentan con sensores, actuadores y transmisores de acuerdo a los requerimientos de cada sala. Al mismo tiempo, se emplean micro-controladores Arduino para un sistema de fotoperiodo, cuyo fin es simular la iluminación que reciben las especies para poder regular sus funciones biológicas. El desarrollo del presente informe está compuesto por 5 capítulos. En primer lugar, se explica la problemática y se plantea una solución a través del uso de un sistema mecatrónico integrado en un SCADA. En el segundo capítulo, se detallan los requerimientos que conllevan a la presentación del concepto de solución. Luego, se especifican los diagramas de funcionamiento, planos P&ID, arquitectura de comunicaciones, diagramas de flujos del control entre SCADA-PLC-Arduino y otros esquemas que ayudan a comprender mejor lo propuesto. En el capítulo cuatro, se brinda la información de los costos de los diversos componentes utilizados dando así el presupuesto total para implementar este proyecto. Finalmen
Diseño de un vehículo submarino autónomo
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-06-18) Rojas Granados, Andreé Jheyson; Hidalgo Herencia, Franco
El presente trabajo presenta una propuesta para el desarrollo de un vehículo submarino autónomo que ayude a las embarcaciones dedicadas a la pesca de anchoveta a estimar el porcentaje de especies juveniles bajo sus redes para así ayudar a la conservación de la especie. Actualmente, en el Perú, la captura de ejemplares pequeños es sancionada con una multa que es proporcional al volumen de pesca que infringe la norma. Por este motivo, se desea que el proyecto propuesto resulte más económico que el pago de las multas, y así ser considerado como una alternativa atractiva por las empresas pesqueras. Se inicia el trabajo presentando en el capítulo 1 la descripción de la problemática. Además, se detalla la normativa presente en el país para la regulación de la pesca de anchoveta. En el capítulo 2, se presenta el concepto que solucionará la problemática expuesta. También, se describen los requerimientos que debe cumplir el sistema mecatrónico para dar solución a la problemática. En el capítulo 3, se describe el sistema mecatrónico propuesto y se detalla su funcionamiento. Además, se presenta y describe las características de los sensores, actuadores y demás componentes que lo integran. Por otro lado, se presentan los planos mecánicos y diagramas esquemáticos del sistema, así como también se da una breve descripción de su funcionamiento dentro del sistema. Por último, se presenta y describe el diagrama de flujo del control del sistema mecatrónico y se describe. En el capítulo 4, se presenta el presupuesto requerido para la implementación del sistema mecatrónico, el cual es avalado por proformas que son adjuntadas en los anexos. Finalmente, en el capítulo 5, se presentan las conclusiones respecto al trabajo realizado.
Sistema de monitoreo y alivio del stress
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-07-18) Tello Alegría, Everth Sly Luiggi; Madrid Ruiz, Ericka Patricia
El presente proyecto consiste en el diseño de un Sistema de Monitoreo y Alivio del Stress y la Ansiedad. Este sistema se encarga de recepcionar las señales del cuerpo que distintos estudios han correlacionado con el stress y que son usadas para diagnosticar el estado anímico de la persona. Usando estas señales se activan elementos masajeadores en la parte posterior del cuello del usuario aplicando una presión similar a la producida por un masajista humano. La intensidad con que se aplican los masajes será variada acorde a la reacción del usuario ante el estímulo, generándose así un masaje inteligente adaptado al paciente. Este sistema está dividido en 2 subsistemas con funciones específicas que en conjunto realizan el proceso ya descrito, pero además pueden ser usados por separado como unidades independientes. El primer subsistema es una sistema de adquisición de datos, portátil (60x50x30mm) y cuenta con batería autónoma de hasta de 15 horas de funcionamiento. El segundo subsistema se encarga de realizar los masajes, este requiere de conexión externa a 12VDC y está recubierto por espuma de poliuretano, esta espuma es densa por lo que provee de rigidez al elemento sin restarle comodidad.
Sistema de purificación de agua de emergencia frente a corte de agua debido a catástrofes naturales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-08-19) Arone Churasi, Jimmy Alberto; Osada Mochizuki, José Antonio
El presente trabajo tiene como finalidad proponer una solución a los problemas que podría sufrir la población con respecto al tema del agua frente a situaciones donde la red de agua está bloqueada o no se presente. Además, el objetivo es presentar un mecanismo, un sistema mecatrónico, cuyo peso y tamaño le permitan al usuario transportarlo por medio de su propia fuerza. Adicionalmente, este trabajo incluye los elementos necesarios para poder implementar dicho mecanismo; así como la documentación pertinente. El sistema mecatrónico planteado tiene como función el de potabilizar el agua; es decir, asegurar que la acidez esté en los límites permisibles y no presente bacterias que pongan en riesgo a la salud. Además, el sistema puede generar su propia energía y almacenarla para un uso posterior sin la necesidad de limitarse a una red de energía eléctrica.
Exoesqueleto robótico de miembro superior para la asistencia de carga y prevención de lesiones músculo-esqueléticas en trabajadores de construccción civil
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-08-26) Mendoza Quispe, Arturo; Cuéllar Córdova, Francisco Fabián
El desarrollo de varias tecnologías ha permitido que hoy en día los exoesqueletos robóticos sean una realidad, siendo actualmente usados en distintas áreas de trabajo; sin embargo, éstos aún presentan ciertas limitaciones, como por ejemplo, restringir el desplazamiento del usuario si éstos están fijos a soportes. Por otro lado, el tipo de trabajo que realiza el trabajador de construcción civil, como la carga y transporte de elementos de construcción, lo pone en una situación de predisposición a sufrir lesiones como fracturas, esguinces y diversos trastornos músculo-esqueléticos. El presente proyecto consiste en el diseño de un exoesqueleto de miembro superior que alivie el esfuerzo en el transporte de carga y disminuya los riesgos a la salud de los trabajadores de construcción civil. Se presenta una solución de un exoesqueleto pasivo que utiliza el mecanismo kickstart ratchet –mecanismo que permite el movimiento rotacional en tan sólo un sentido y que utiliza los dientes de engrane en las caras planas de los discos en contacto para distribuir el torque entre todos los dientes de la pieza-, para poder soportar la carga aplicada por largos períodos de tiempo sin la necesidad de un suministro eléctrico permanente. Este diseño es ergonómico y permite un uso continuo y prolongado, es seguro para el usuario, compacto y fácil de transportar, es autónomo y no limita del desplazamiento del usuario. Así mismo, previene lesiones musculo-esqueléticas a través de la corrección de la postura del usuario, distribuyendo la carga uniformemente en la posición óptima. Además, resulta en una alternativa más económica que el costo que implica una lesión músculo-esquelética debido a las horas-hombre perdidas, gasto en medicamentos, tiempo invertido en fisioterapia, hasta inclusive posibles demandas a la empresa responsable. Finalmente, se espera que gracias al uso del exoesqueleto robótico, el trabajador de construcción civil pueda aumentar su eficiencia laboral al ser capaz de cargar y transportar un mayor número de elementos en un mismo período de tiempo que si no contara con el exoesqueleto, puesto que presentaría menos cansancio.
Módulo interactivo de desarrollo de habilidades psicomotrices para un infante entre 24 a 36 meses de edad
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-08) León Coral, Rafael Felipe; Kato Ishizawa, Gustavo
El módulo interactivo se basa en el desarrollo de habilidades propias del niño a través del juego. Dicho módulo, consiste en dos subsistemas: La caja interactiva y la pelota. Por una parte, la pelota es el primer subsistema que interactúa con el niño. Su función es girar de forma aleatoria por un lapso de tiempo, encender un haz de luz de colores (dentro de la pelota), luego se desactiva y vuelve a encenderse de nuevo. Por otra parte, la caja interactiva es el segundo subsistema y solo interactúa con la pelota. Su función es encender leds de colores y emitir melodías dependiendo en cuál de los 4 niveles se encuentre la pelota. Cada nivel tiene una trayectoria diferente para la pelota. La primera es para filtrar objetos que afecten a la interacción de la pelota y la caja; la segunda es para ver cómo la pelota va descendiendo de forma aleatoria por uno de los dos opciones que se presenta en este nivel; la tercera es para ver cómo la pelota llega a descender por la parte principal hacia la salida; y la cuarta es para adivinar por cuál de las cuatro salidas irá la pelota hacia el exterior de la caja. En consecuencia, el uso del módulo interactivo, permitirá desarrollar los objetivos:  El niño empezará a ampliar su rango de visión sobre los objetos que lo rodean.  El niño logrará tener mayor interacción con el medio que lo rodea.  El niño aprenderá a idear estrategia o planes que involucre el uso de su cuerpo (psicomotricidad).  El niño empezará a desarrollar la motricidad de sus extremidades sin ninguna limitación y motricidad fina para el uso correcto de sus manos.
Diseño de un sistema mecatrónico para el secado de cubiertos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-09) Araujo Barrientos, Antonio; Kato Ishizawa, Gustavo
Ante el auge de los negocios culinarios que se viene dando en el país se presentan nuevas oportunidades de negocio también en el sector industrial. En la búsqueda de obtener las mayores utilidades posibles, automatizar las labores repetitivas llevadas a cabo en restaurantes, comedores, empresas de catering, etc. se presenta como una alternativa viable, ya que permite un gran ahorro en tiempo y dinero y un incremento en la productividad. En este escenario se identificó el proceso de secado de cubiertos posterior al lavado de los mismos como una actividad que demanda tiempo y personal y por ello se plantea su automatización mediante un sistema mecatrónico. El sistema utiliza vibraciones y soplado de aire a baja presión para transportar y secar los cubiertos. Para llevar a cabo estos procesos hace uso de actuadores y sensores. Los actuadores son de dos tipos: moto-vibradores eléctricos para generar las vibraciones y motores universales que accionarán las aspas de ventiladores centrífugos para desplazar el aire hasta la zona de secado. Se cuenta también con un sensor fotoeléctrico de presencia para detectar el paso de los cubiertos al final del proceso y dos sensores de final de carrera. El control se realiza mediante el microcontrolador ATmega8. La máquina está diseñada de acero inoxidable para garantizar la salubridad. Este documento desarrolla en cinco capítulos una descripción del sistema mecatrónico diseñado. Primero se presentará la problemática que motivó al diseño del sistema; luego se detallarán los requerimientos del mismo y se presentará el concepto de solución. El tercer capítulo abarca una descripción detallada del sistema haciendo uso de diagramas y planos. Como cuarto capítulo se presenta un presupuesto inicial para poder realizar un análisis de viabilidad de la implementación del sistema. Finalmente se presentarán las conclusiones obtenidas luego del diseño del sistema mecatrónico. Adicionalmente, se incluyen como anexos planos detallados del sistema, memorias de cálculo y documentación sobre los componentes electrónicos, sensores y actuadores escogidos.
Silenciador regulable con control inalámbrico
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-09) Arce Cigüeñas, Diego Martin; Kato Ishizawa, Gustavo
Los silenciadores son componentes utilizados para reducir las emisiones sonoras emitidas por los automóviles. Para lograrlo se reduce la efectividad del motor debido al efecto denominado contrapresión. Esto ocurre puesto que para reducir la intensidad de las emisiones sonoras se reduce la velocidad de circulación de los gases de escape provocando que se interrumpa la libre circulación del flujo y se tenga que destinar parte de la potencia del motor en expulsar correctamente gases de combustión. Por esta razón se ha diseñado un sistema que permite modificar los modos de operación del silenciador (denominado en inglés Muffler). Con este sistema mecatrónico se brinda la posibilidad de mantener la reducción de las emisiones sonoras para lugares urbanos respetando las normas legales que permiten un límite máximo de 88 dB para vehículos livianos; pero también se ofrece la posibilidad de modificar el sistema para que la salida de los gases de escape sea libre. Con la expulsión libre del flujo de gases se logra aumentar la eficiencia del motor del automóvil y a la vez disminuir el consumo de gasolina cuando el usuario se encuentre en carreteras o pistas de carreras. También se brindan otros tipos de configuraciones que permiten combinar ambas características buscando un equilibrio entre el sonido y la eficiencia. El sistema es controlado mediante una aplicación instalada en un dispositivo móvil inteligente (Smartphone). Esta aplicación permite realizar la conexión con el silenciador mediante la tecnología inalámbrica Bluetooth. Mediante la aplicación se puede seleccionar uno de los cuatro estados en los que se puede configurar al silenciador. Además se muestra en la pantalla del Smartphone la animación de la configuración interna del sistema, la cual corresponde al estado de funcionamiento que selecciona el usuario. Finalmente el sistema está diseñado para que su instalación sea sencilla, para que sea alimentado desde la batería y para que sea compatible con todo tipo de automóvil.
Diseño de una prótesis mioeléctrica para desarticulación de muñeca
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-09) Salas Casapino, Carlos Alberto; Furukawa Fukuda, Roberto Sumiyoshi
Según estadísticas dadas por el Instituto Nacional de Rehabilitación “Adriana Rebaza Flores” (INR) [1] existen una gran cantidad de pacientes amputados de miembro superior en el país producto de accidentes o enfermedades, ante tal situación y dado lo costoso que es adquirir una prótesis comercial nace la idea de diseñar una prótesis de mano que ayude a realizar quehaceres cotidianos en dónde se necesiten emplear ambas manos. Este trabajo tiene por objeto presentar el diseño de una prótesis de mano mioeléctrica para desarticulación de muñeca que permita sujetar objetos mayores a 3 y a su vez regular la fuerza con que se agarran dichos objetos. Para lograr lo propuesto, se planteó un sistema de adquisición de datos en base a sensores que captura, amplifica y suaviza las señales mioeléctricas provenientes de los músculos del brazo y antebrazo. Las señales adquiridas del antebrazo pasan a un sistema de procesamiento de datos que mediante algoritmos matemáticos y de optimización permite estimar la fuerza de agarre de la mano debido a la relación lineal que existe entre esta función prensil con la contracción del músculo Extensor Carpi Radialis Longus ubicado en esta zona del cuerpo. La señal adquirida del brazo, la estimación de la fuerza de agarre y la señal de unos sensores de fuerza ubicados en los dedos del prototipo entran como datos de referencia al sistema de control que dependiendo de los valores que estos tengan y de la lógica de control propiamente dicha accionará 3 servomotores que abrirán o cerrarán la prótesis de mano y regulará la fuerza de agarre de los objetos sujetados en caso de que la prótesis este cerrada. El diseño mecánico presenta un modelo portátil que está conformado por un acople de muñeca, dos bases en forma de palma en donde se ubican los componentes electrónicos y 3 dedos capaces de adaptarse a las diferentes superficies que poseen los objetos sujetados gracias a mecanismos ubicados en la zona superior de las falanges de los dedos de la prótesis. Para la realización de los elementos mecánicos se tomó en cuenta la norma DIN 33 402 parte 2 que especifica medidas estándar del tamaño de la mano utilizadas en el diseño de herramientas, utilajes y mandos con el fin de lograr un prototipo visiblemente estético en términos de tamaño con relación a una mano real.
Reducción del consumo de madera como combustible para el proceso de cocción artesanal de ladrillos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-15) Lázaro Meza, Carlos Javier; Furukawa Fukuda, Roberto Sumiyoshi
El presente trabajo se enfoca en reducir el consumo de madera como combustible del proceso de cocción artesanal de ladrillos para reducir el volumen de emisión de gases contaminantes, frenar la deforestación de los bosques y reducir los costos de producción de las ladrilleras artesanales. El estudio se centra en las ladrilleras ubicadas en el distrito de la Habana, provincia a de Moyobamba, departamento de San Martín. Para lograr este objetivo se plantea en un primer lugar un rediseño del horno, usando como base para este el horno vertical que posee buenos resultados en Asia pero con muy poco estudio de su desempeño en otras regiones. La principal razón de la eficiencia detectada en el horno vertical es que es un horno de flujo continuo de ladrillos, entendiéndose por flujo continuo que el horno tiene la capacidad de producir ladrillos mientras se le ponga combustible, descargue los ladrillos cocinados y se coloque más ladrillos secos, sin la necesidad de apagar la leña como los hornos actuales empleados por la ladrillera mencionada; además, añade los sub procesos de calentado del aire de combustión y enfriado de ladrillos cocinados (ambos procesos en un mismo proceso), y el calentado de ladrillos secos, todo esto gracias al empleo de la convección del aire reutilizando energía producida y que en los hornos actualmente utilizados es descargada a la atmosfera. A este modelo se plantea añadir lógicas de control y automatización, usando para esto el sensado constante de la temperatura interna del horno a través del empleo de termocupla para reducir, en gran medida, las pérdidas energéticas o exceso de energía producidas por el uso de técnicas artesanales de observación y retiro de los ladrillos, siendo hasta la fecha desarrolladas de manera empírica. De esta manera, se plantea tener un control del volumen del combustible inyectado como variable fundamental para el control de la temperatura, este control se desarrollara a través del control de giro del alimentador diseñado que cumple la función de válvula de paso para el combustible; todo esto a fin de mantener una temperatura homogénea al interior del horno, tener un control del consumo de madera y obtener ladrillos de buena calidad. Como complemento a este control se plantea el uso de madera triturada para asegurar la utilización del 100% de combustible en la combustión, a fin generar más calor sin la necesidad de consumir más combustible. Por último, se plantea la automatización del proceso de descarga del nuevo horno, entendiéndose por descarga el retiro de ladrillos quemados o cocidos para su distribución al mercado.
Diseño de un soporte de tablets con seguimiento de posición del usuario
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-16) Bravo Anlas, Giancarlo; Kato Ishizawa, Gustavo
Este trabajo tiene como objetivo brindar a los usuarios de Tablets una forma más ergonómica de poder utilizar estos dispositivos, la cual evitara principalmente la mala postura al usarlos; así como también permitirá sujetar automáticamente estos dispositivos, detectando al usuario y acomodando la Tablet según la posición de este. El sistema mecatrónico sujetará a la Tablet mediante el uso de un Gel adhesivo hecho de Poliuretano el cual puede sujetar cualquier Tablet del mercado actual. Este Gel será parte de toda una estructura mecánica capaz de rotar en dos ejes, mediante el uso de un servomotor y un motor DC. Se reconocerá la cara del usuario por medio de la cámara de la Tablet, la cual se comunicará de manera inalámbrica con la tarjeta dentro del sistema para mover los motores hasta que la Tablet este en una posición correcta respecto al usuario. Esta tesis está compuesta por 5 capítulos. Primeramente se explicará la problemática a la cual este dispositivo trata de dar solución. En segundo lugar se mencionaran los requerimientos mecatrónicos del sistema; así como, se presentará la solución planteada. Luego se explicará el funcionamiento del dispositivo haciendo uso de un diagrama de bloques; se explicarán que sensores y actuadores que utiliza, también se mostrarán los planos mecánicos y electrónicos del sistema; así como, el diagrama de flujo del programa de control. En cuarto lugar se presentará el presupuesto total para la implementación de este sistema. Finalmente en el 5to capitulo se presentarán las conclusiones de este trabajo.
Diseño de un sistema mecatrónico de izaje de luminarias de naves industriales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-16) Zavaleta Camacho, Víctor Sergio; Osada Mochizuki, José Antonio
El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar una propuesta para optimizar los procedimientos de mantenimiento, reparaciones, ajustes y recambios de luminarias de naves industriales. Los procedimientos tradicionales para realizar estas actividades se caracterizan por su diﬁcultoso acceso a las luminarias, considerables costos de personal y equipamiento necesario; a la vez que en ocasiones suponen suspensiones temporales de los procesos de producción de las empresas. Por ello se propone el diseño de un sistema mecatrónico para el izaje de luminarias de naves industriales, de tal manera que el mantenimiento pueda realizarse de una manera segura, rápida, oportuna y eﬁciente a nivel del piso, otorgando seguridad y condiciones de trabajo ventajosas a operarios encargados del mantenimiento y limpieza de las luminarias, y eliminando los accidentes ocasionados por caídas de altura. A través del sistema mecatrónico se podrá acceder de manera rápida y oportuna a la batería de luminarias industriales para solucionar problemas de paradas y fallas imprevistas. Asimismo, se aprovechará la facilidad de acceso para proporcionar mantenimiento y limpieza permanente con la ﬁnalidad de conservar la calidad de la iluminación y colaborar con el aumento de la productividad, reduciendo así costos de mantenimiento y reposición, costos de operarios y gastos ocasionados por accidentes. Un elemento clave para la buena iluminación de naves industriales es la altura de operación de las luminarias. Para asegurar los correctos niveles de iluminación se debe tener en cuenta la normativa para este tipo de instalaciones para evitar una baja iluminación o un exceso de esta. Teniendo los sistemas de iluminación ﬁjos se imposibilita el manejo de diferentes alturas con el objetivo de variar la iluminación más adecuada según la relación potencia — altura. De este modo, a través del sistema mecatrónico, se facilitará el posicionamiento de las luminarias a la altura de óptima iluminación requerida por la nave o el usuario en un momento dado según la naturaleza de los trabajos que se realicen. En el Capítulo l se presenta la problemática con la que cuentan las empresas al no tener un acceso rápido que facilite el mantenimiento y posicionamiento de las luminarias. En el Capítulo 2 se presentan las condiciones y requerimientos que el sistema mecatrónico propuesto debe ser capaz de satisfacer y una introducción acerca del modo en que el sistema logrará cumplir tales requerimientos. En el Capítulo 3, se detalla los elementos mecánicos, componentes electrónicos y red inalámbrica a implementar en la nave industrial propios del sistema mecatrónico; así como la explicación de su funcionamiento a través de ilustraciones, planos y esquemas. En el Capítulo 4 se calcula el costo de operación del sistema y el costo de fabricación. En el Capítulo 5 se presentan las conclusiones del trabajo de diseño, así como las recomendaciones pertinentes. Por último, se ha detallado en los anexos los cálculos de diseño del sistema de carga y los elementos mecánicos que conforman el sistema, la conﬁguración de los elementos de la red inalámbrica, los requerimientos para la selección de los componentes electrónicos, las cotizaciones, las especiﬁcaciones técnicas y hojas de datos de las piezas, y los planos de despiece y ensamble.
Sistema mecatrónico para el lavado de cubiertos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-30) Tapia Pizco, Nina Karina; Kato Ishizawa, Gustavo
El sector gastronómico del Perú se ha incrementado significativamente en los últimos años. Por lo tanto, la demanda de tener un mejor servicio dentro de los restaurantes ha tenido que ser mejorada. Dentro de un buen servicio al cliente, los restaurantes deben tener un sistema adecuado de limpieza de utensilios. El sistema tradicional de limpieza de cubiertos es deficiente porque genera grandes pérdidas de tiempo y recursos humanos (uno o dos trabajadores). Además, no se logra un lavado óptimo de los cubiertos y existe una falta de disponibilidad de ellos en horas de alta demanda. Este proyecto tiene como objetivo plantear un sistema de limpieza de cubiertos adecuado para evitar pérdidas de tiempo. Para mejorar esta deficiencia, se plantea un sistema mecatrónico el cual tiene la capacidad de lavar 200 cubiertos en 13 minutos automáticamente. Al ser un sistema automático, no es necesario que una persona esté controlando el proceso, por lo cual se potencializa el uso del recurso humano dentro del restaurante. En horas de alta demanda de utensilios, con este sistema mecatrónico, se logrará satisfacer la cantidad de cubiertos solicitados. Además, estos estarán adecuadamente limpios cumpliendo con los requerimientos de un buen servicio. Para lograr un óptimo proceso de lavado de los cubiertos, este sistema mecatrónico cuenta con cuatro subsistemas. El primer subsistema consiste en una resistencia eléctrica, un termostato y un actuador lineal para el remojo de los cubiertos. La resistencia eléctrica y el termostato se usan para calentar el agua a 80 grados centígrados, ya que el agua caliente ayuda a desinfectar y acelerar el lavado de los cubiertos. El actuador lineal permitirá el traslado de los cubiertos al siguiente subsistema. El segundo subsistema consiste en ocho boquillas de pulverización y dos motores de vibración para el lavado y enjuague de los cubiertos. Las boquillas de pulverización son utilizadas para lograr una mejor difusión del agua. Los motores de vibración se utilizan para crear un movimiento vibratorio el cual logra que los cubiertos se muevan permitiendo el ingreso de agua entre ellos. El tercer subsistema está relacionado con la interacción entre el usuario y la máquina mediante botones de control, luces y sonidos de alerta. Por último, el cuarto subsistema está relacionado con el control general de la máquina. Este subsistema cuenta con un microcontrador encargado de dirigir los otros subsistemas. El trabajo se presenta en cinco capítulos. El primer capítulo plantea la problemática que afronta el sistema mecatrónico. El segundo capítulo plantea los requerimientos del sistema y así mismo explica detalladamente los subsistemas que lo conforman. El tercer capítulo explica el concepto electrónico, mecánico y de control del sistema mecatrónico a través de los sensores, actuadores, planos y diagramas de flujo. El cuarto capítulo presenta el análisis de costo del sistema mecatrónico. Por último, el quinto capítulo muestra las conclusiones que se han obtenido al finalizar este proyecto.
AUV para prospección arqueológica del fondo marino mediante un sonar de barrido lateral
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-10-29) Quispe Anchante, René Gustavo; Hidalgo Herencia, Franco
La exploración subacuática se ha venido desarrollando desde ya hace muchos años tanto con fines arqueológicos y científicos como económicos, pues existen gran diversidad de seres vivos, ecosistemas y minerales bajo el agua. En lo que respecta a la arqueología subacuática, esta tiene por objetivo el estudio de elementos históricos que yacen en un medio acuático con el fin de poder reconstruir el pasado o de realizar rescates de elementos de índole histórica. La particularidad de encontrarse en un medio líquido hace que los profesionales recurran a métodos no convencionales tanto por la forma en que estos elementos se conservan como por la accesibilidad que se tiene a estos elementos (gran profundidad bajo el agua). Actualmente en el Perú existe un gran potencial para la exploración marina con fines arqueológicos, aunque aún no se cuenta con equipos de alta gama para dichas labores. Entre algunas zonas de interés para estudio podemos mencionar las Islas Chincha ubicadas a unos 20 km de la costa sur del país, el fondo marino del Callao con embarcaciones de la época colonial, entre otros. Para tales estudios existen diversos métodos de prospección que son de gran ayuda para localizar potenciales regiones con material de estudio importante. De entre los más destacados se puede mencionar el método por Sonar de Barrido Lateral (SSS por las siglas en inglés de Side Scan Sonar) en el que se obtienen imágenes, construidas a partir de lectura de ecos acústicos, del fondo del mar que son posteriormente analizadas e interpretadas por un experto. Para llevar a cabo estos estudios en nuestro país, generalmente se hace uso de navíos de gran tamaño que necesitan de una gran inversión para cada exploración realizada. Por lo tanto, las investigaciones se ven, en parte, limitadas económicamente. Una alternativa a lo mencionado es la intervención de los AUV’s (Autonomous Underwater Vehicle) que vienen siendo desarrollados en diferentes partes del mundo. Esta clase de equipos son más livianos, fáciles de usar (a comparación a los métodos tradicionales) y con un costo menor por exploración. El presente trabajo tiene por objetivo diseñar un prototipo de un AUV que gestione un sistema de navegación, sistema de propulsión e instrumentos de orientación y medición con el objetivo de controlar adecuadamente el movimiento del equipo para poder realizar escaneos del fondo marino mediante un Sonar de Barrido Lateral. A dicho prototipo se le podrá indicar ciertos parámetros para que de forma autónoma se movilice a un área definida cerca a nuestro litoral y pueda realizar inmersiones y exploraciones en las zonas indicadas para luego volver al punto de inicio y entregar los datos recopilados durante la travesía al usuario investigador. Estos datos recopilados podrán ser posteriormente analizados y procesados por un experto para construir imágenes del fondo marino en las cuales se puedan apreciar restos arqueológicos.
Sistema mecatrónico para la clasificación automática de cubiertos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-11-25) Peña Pachamango, Denis Bryan; Kato Ishizawa, Gustavo
Las empresas de catering de alimentos brindan sus servicios a diversos tipos de clientes, ya sean de transporte aéreo, marítimo y/o ferroviario, empresas industriales, mineras, hospitales e instituciones educativas [1]. Considerando la cantidad de clientes que poseen, este tipo de empresas preparan y comercializan aproximadamente entre 500 y 65,000 platos por eventos y/o pedidos en un día [1][2][3]. Esto incluye necesariamente el uso de 500 a 65,000 unidades de cuchillos, cucharas, cucharitas y tenedores, los cuales deben estar lavados, secados y clasificados según su tipo. En cuanto al proceso de clasificado, una persona se demora, haciendo uso de su velocidad máxima, aproximadamente 2 minutos por cada 100 cubiertos (anexo 2). Es decir, a las grandes empresas de catering les toma 21.5 horas-hombre por día realizar esta actividad (65,000 cubiertos). Además, este tipo de trabajo involucra un movimiento repetitivo de los brazos de trabajador, quien podría padecer enfermedades disergonómicas, tal como se indica en la Norma Básica de Ergonomía y de Procedimiento de Evaluación de Riesgo Disergonómico (anexo 1) establecido por El Ministerio de Trabajo y Promoción del Empleo [4]. Ante lo expuesto es necesario plantear una alternativa de mejora de este proceso. En la presente tesis se propone el diseño de una máquina clasificadora automática de cubiertos, de tal forma que se brinde la facilidad de realizar el proceso de clasificación, eliminando posibles problemas de salud de los trabajadores. Este sistema se encarga de clasificar los cuatro principales tipos de cubiertos (cuchillo, cuchara, cucharita y tenedor) dentro de las dimensiones de 12cm a 21 cm de largo, 1,5cm a 4,5 cm de ancho y alto 0.1 a 3cm (anexo 3). Estos son depositados con una misma orientación en recipientes individuales para cada artículo. Su diseño consta de cuatro niveles dispuestos de manera vertical. El Nivel 1 sirve como depósito de cubiertos sin clasificar y dosificador mediante el movimiento vaivén de una banda transportadora. En el Nivel 2 se da lugar a la identificación del tipo y orientación del cubierto mediante el procesamiento de imágenes adquiridas por una cámara digital. Continuando con el proceso, en el Nivel 3 se realiza, en caso sea necesario, el cambio de orientación del cubierto por medio de unas paletas; y la posterior clasificación de los artículos. Finalmente, en el Nivel 4 se recepciona a cada cubierto en el recipiente correspondiente a su tipo. Esta máquina posee una velocidad de clasificación ligeramente superior a la velocidad máxima de una persona (anexo 6). Cabe mencionar que, a diferencia de la persona, la máquina mantendrá una velocidad constante durante todo el proceso. Además, se mejora la calidad de higiene de los cubiertos pues el proceso evita el contacto humano. Por otro lado, el consumo eléctrico de este sistema es 40W (anexo 10). Considerando que el precio de 1,000W es de US$ 7.4 centavos para el consumo industrial [6], el costo de funcionamiento eléctrico del sistema por hora (US$ 0.296) es muy inferior al costo de una hora-hombre (US$ 1.39) [7]. Por estos beneficios, el uso de esa máquina resulta rentable.