Ingeniería Mecatrónica (Lic.)
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Item Integración de un sistema robótico asistencial controlado mediante una interfaz cerebro computador para personas con discapacidad motora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-12) Pirca Cárdenas, Jairo Jener; Achanccaray Díaz, David RonaldLa calidad de vida de una persona que sufre alguna discapacidad motora hoy en día depende de muchos factores. Entre ellos los más importantes son el factor económico, familiar y emocional. La discapacidad motora es la incapacidad de controlar los músculos del cuerpo. Esta hace de la persona con discapacidad dependiente de otra persona. En la actualidad existen tratamientos físicos, psicológicos que contribuyen a mejorar la calidad de vida, pero esto no evita la que sigan siendo dependientes de otras personas. En este contexto, la presente tesis, desarrolla la implementación de un sistema robótico que devuelve la autonomía parcial a una persona con discapacidad motora para permitir a las personas realizar algunas labores cotidianas. En la presente tesis se describe entonces las tecnologías, mecánica, eléctrica, control e informática para la correcta implementación del sistema robótico, donde las principales partes del sistema son: brazo robótico, casco con electrodos pasivos, pantalla de interacción, cámaras HD. Con el fin de determinar si la implementación de sistema robótico tuvo éxito, se realizan pruebas con personas sanas, teniendo resultados satisfactorios después de las sesiones de entrenamiento y de experiencia con el sistema robótico.Item Guante inteligente que reconoce gestos de manos para reproducción de audio(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-06) Dominguez Medrano, Johana Indira; Villota Cerna, Elizabeth RoxanaDebido al cambio continuo en la industria de la música, específicamente en la industria de la música electrónica, lo que siempre se ha buscado es innovar; esto ha sido posible gracias al crecimiento de la tecnología que ha brindado nuevas posibilidades de componer música y hacer performances en vivo. Sin embargo, lo que el performer también busca son nuevas maneras de interactuar con su audiencia en una performance en vivo, ya que no siempre es evidente para la audiencia que es lo que sucede cuando el performer está detrás de su laptop, loops u otros dispositivos. Por ello, para que los performers puedan interactuar con su música y audiencia de una nueva manera se propone el diseño de un guante, que reconozca gestos que el performer realice y un software, mediante el cual se permita reproducir audios que estén vinculados a un gesto; y así, dé la impresión al espectador de cómo “crea música” en frente de él. El guante está conformado por sensores de flexión, los cuales miden los ángulos de las articulaciones metacarpofalángicas de los dedos de la mano, y un sensor IMU, que mide los movimientos articulares de la muñeca. Los datos que se adquieren de los sensores son enviados a una PC para que sean ingresados al modelo de reconocimiento de gestos construido y consiguientemente se reproduzca el archivo de audio que esté vinculado al gesto entrenado. El entrenamiento del modelo de reconocimiento de gestos se realizó con el algoritmo de clasificación Random Forest. La ventaja de este sistema es que se proponen dos modos de uso: modo de usuarios múltiples y modo de usuario especifico, dándose en el último caso la oportunidad al usuario de obtener resultados más precisos a cambio de que se tomen el tiempo de tomar los datos de sus gestos para el entrenamiento del modelo. Los resultados de precisión que se obtuvieron para los modelos fueron de 92.80% para el modelo de usuarios múltiples y 92,52% para el modelo de usuario específico. Por último, se obtuvo un costo del sistema electrónico y mecánico de S/. 1438.40 y un costo de diseño de S/. 9000 para el proyecto, con lo cual se concluye que el costo de diseño se podría repartir y obtener un costo menor por guante en el caso que sea fabricado en volúmenes de producción alto.Item Sistema mecatrónico de manipulación y selección de huevos por peso y ausencia de grietas en cáscara para una planta de incubación(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-10-14) Villafuerte Ledesma, Santiago Isaac; Achic Alarcón, Fred SolioEsta tesis presenta una propuesta para el desarrollo de un prototipo capaz de manipular y seleccionar huevos para incubar por su peso y ausencia de grietas en cáscara. Asimismo, el prototipo necesita de la supervisión de un usuario con la finalidad que interactúe con la máquina y coloque la bandeja de huevos a ser evaluada. El diseño de este sistema mecatrónico es requerido por las plantas de incubación, las cuales necesitan asegurar una incubación exitosa a partir de una correcta selección de huevos. En este documento, se detalla el problema existente en la manipulación y selección de huevos que entran a las plantas de incubación y el inconveniente al realizar este proceso de forma manual y repetitiva. Además, se analizan los principales mecanismos existentes en la manipulación y pesado de huevos, así como los criterios a cumplir en cuanto a higiene y seguridad en la manipulación de huevos [13]. Igualmente, se realiza un comparativo entre las investigaciones recopiladas respecto a detección de grietas en cáscaras de huevos. Para el diseño del sistema mecatrónico, se han tenido en cuenta las medidas de los equipos existentes en el mercado que seleccionan huevos para el consumo humano de acuerdo a su peso [12]; así como el empleo de materiales no contaminantes en los mecanismos que se encuentran en contacto con los huevos. Además, se consideró un sistema modular para el diseño dividiendo el sistema en 3 sub-sistemas: manipulador de huevos, pesaje e identificador de grietas. En primer lugar, el sub-sistema manipulador de huevos es neumático y utilizando ventosas y la generación de vacío garantiza la limpieza en la operación. En segundo lugar, el sub-sistema de pesaje emplea una base de material no contaminante y sensores de fuerza para obtener el peso de cada huevo. Finalmente, la identificación de grietas se realiza con procesamiento de imágenes y un mecanismo que permite la captura de imágenes alrededor de toda la cáscara de cada huevo a analizar. Este trabajo detalla la estructuración e integración de los sub-sistemas involucrados entre sus partes mecánica, electrónica y control; además, como se llevó a cabo la selección de los componentes empleados. Todos necesarios para lograr el diseño de un sistema mecatrónico que tenga un tiempo de selección de menos de 2 minutos por bandeja (60 huevos) y alivie el ritmo de trabajo de las personas dedicadas a inspeccionar los huevo.Item Diseño de un dispositivo para supresión de temblores de flexión - extensión en la mano(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-09-11) Callupe Luna, Jhedmar Jhonatan; Elias Giordano, Dante AngelEl temblor corporal es uno de los síntomas más comunes en enfermedades neurológicas, siendo el temblor de manos y brazos los que más se presentan en la mayoría de casos. Este tipo de síntomas generalmente no producen dolor al paciente, sin embargo, debido a que por naturaleza los miembros más usados por una persona son las manos, pueden impedir al paciente de realizar sus actividades cotidianas con normalidad. Las enfermedades más comunes que causan los temblores de mano son el temblor esencial y el Parkinson. Así mismo, el tipo de movimiento más común en ser afectado es la flexión y extensión de la mano. Por otro lado, diversas investigaciones se han desarrollado a lo largo de los años con el objetivo de mitigar este tipo de síntomas, tales como el tratamiento mediante fármacos, cirugías cerebrales o el uso de órtesis mecánicas. Sin embargo, estos no han resultado ser muy amigables debido a los efectos secundarios presentados o a las incomodidades generadas al paciente. Así, la presente tesis desarrolla el diseño de un dispositivo no invasivo para la supresión de temblores en flexión y extensión de la mano, el cual sea portable, ligero y de bajo costo. Así mismo, con el fin de evitar alguna incomodidad al usuario, el dispositivo se desarrolló con elementos flexibles. En el presente documento, se presenta el diseño mecánico del dispositivo amortiguador encargado de mitigar los temblores. Además, se diseña el sistema de control, el cual contiene todos los componentes necesarios para el control automático del amortiguador flexible. Así mismo, con el objetivo de demostrar su efectividad, se realiza el modelamiento de los temblores de mano y el amortiguador, llegando a amortiguamientos de más del 70% de la amplitud inicial. Finalmente, el costo de fabricación resulta ser menor a S/. 1,500 soles, lo cual brinda expectativas de que el producto pueda ser mejorado y llevado a la comercialización.Item Sistema automático de secado de granos de café accionado con energía solar(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-08-29) Loja Acuña, Gilberth André; Ugarte Palomino, Carlos AlfredoEl principal objetivo de la tesis es diseñar una secadora de granos de café especial que sea capaz de conseguir una humedad final de 11% y trabajar a una temperatura de secado no mayor a 35°C. Además, funcionará empleando energías renovables, ya que se ubicará en un lugar donde no existe una red eléctrica. Primero, se plantea la problemática y se detallan las tecnologías actuales de secado de granos, como los secadores en bandejas, rotatorios, etc. Se explican los tipos de tecnologías renovables, tanto la fotovoltaica como la eólica. Además, se detalla las formas de generar calor para calentar el aire. Luego, se plantean los requerimientos mecánicos, eléctricos y de control del sistema para alcanzar el objetivo principal. Para satisfacerlos se detallan las funciones a realizar, se proponen 3 conceptos de solución mediante la matriz morfológica y se elige la más óptima a través de una evaluación técnica/económica. Después, se diseña el sistema mecatrónico teniendo en cuenta los cálculos necesarios (termodinámicos y electrónicos) para el dimensionamiento del sistema. Para ello, se estima el tiempo de secado de manera analítica utilizando las ecuaciones propuestas por Robert E. Treybal y papers acerca del secado de granos según SECAFÉ (revista agrícola brasilera). Además, se calcula la cantidad de paneles solares, baterías y reguladores, detallándose las partes del sistema especificándose tanto su función como su fabricación. También se seleccionan los componentes mecánicos, electrónicos y de control que satisfagan el diseño propuesto. Posteriormente, se presenta la integración que existe entre los sistemas mecánico-electrónico y eléctrico-electrónico-control. Asimismo, se observa la lógica y estrategia de control empleada en el sistema las cuales garantizan que el aire no exceda los 35°C. Finalmente, se desarrolla una evaluación económica para analizar la rentabilidad del diseño. Se estima que sea rentable desde el primer año, esto en comparación al uso de las tecnologías actuales para secar café en dicha zona. En conclusión, empleando un monitoreo constante de la temperatura y humedad relativa y debido a la estrategia de control se logra calcular un tiempo de secado aproximado de 8 horas. De esta manera, se obtiene un café especial al 11% de humedad cuya temperatura no sobrepase de los 35°C y con un secado homogéneo.Item Robot para supervisión de equipamiento en subestaciones eléctricas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-04) Salvador Chuquipul, Julio Eduardo; Achic Alarcón, Fred SolioLas actividades de mantenimiento y puesta en servicio de equipos en subestaciones eléctricas están clasificadas con carácter de alto riesgo debido a las altas corrientes y voltajes que se emplean en estas instalaciones. Sin embargo, la actividad de supervisión para detectar fallas en equipos por ser una actividad de no contacto y realizarse con cámaras termográficas no se considera como peligrosa. No obstante, existe un peligro invisible e imperceptible para el ser humano a través de los sentidos: los campos electromagnéticos. La sobreexposición a esta radiación no ionizante puede alterar las cargas presentes en nuestros cuerpos generando pequeñas corrientes que pueden afectar nuestros tejidos (dependerá de la intensidad de campo magnético). Y aunque todavía se sigan realizando estudios para determinar que los campos electromagnéticos son un verdadero motivo de preocupación para las personas, entidades como ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) han establecido umbrales máximos que se recomienda no superar. En el presente trabajo se expone la problemática de la inspección de equipamiento en subestaciones eléctricas, se describen los riesgos eléctricos presentes en una subestación, después se establecen objetivos para resolver esta problemática, luego se revisa el estado de la tecnología y por último se establecen soluciones con los requerimientos necesarios para cumplir con los objetivos. De estas soluciones se escoge la mejor y se propone el diseño de la misma para contribuir con mejorar la actividad de supervisión. En este contexto, se busca no exponer innecesariamente al personal de trabajo a actividades que podrían no considerarse seguras completamente con la implementación de sistemas como el propuesto.Item Modelación dinámica de la técnica de recepción baja básica en el vóley y diseño de un módulo experimental para su validación(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-26) García Sulca, José Gustavo; Elías Giordano, Dante ÁngelEl presente trabajo presenta un modelo biomecánico del cuerpo en el plano sagital que permite estimar las fuerzas internas presentes durante la ejecución de la técnica de recepción baja básica en el vóley. De igual manera, se presenta el diseño de un módulo de ensayos experimentales que permita realizar la validación del modelo propuesto. En la etapa inicial se realizó un breve estudio sobre modelos biomecánicos del cuerpo así como métodos para realizar su validación que posean un enfoque deportivo. De esta manera se propuso un modelo biomecánico que cuenta con seis segmentos articulados en cadena y que permite analizar el movimiento deseado. Luego se procedió a realizar el diseño preliminar del módulo de ensayos, el cual consiste de un sistema de captura de movimiento basado en cámaras y seguimiento de marcadores, de un par de plataformas de fuerza y de un dispositivo lanzador de balones. El dispositivo lanzador de balones permite ajustar tanto la velocidad y el ángulo de lanzamiento del balón. Además, cuenta con un sistema de seguridad que impedirá el lanzamiento ante la presencia de obstáculos frente al dispositivo. El costo de fabricación del lanzador de balones asciende a S/. 4,000 aproximadamente, el cual incluye costos de diseño, fabricación y ensamble. Por último, se muestra el protocolo de ensayo que permite validar el modelo propuesto. Este protocolo explica la ubicación de los dispositivos para el ensayo, la preparación del sujeto de pruebas y el proceso para la recolección de información. Adicionalmente se explica cómo se procesa la información para obtener las variables deseadas y de esa manera poder realizar la validación deseada. El resultado del presente trabajo es la propuesta de un modelo biomecánico de seis segmentos articulados, así como el diseño de un módulo de pruebas experimentales para la validación de un modelo biomecánico. Además, se muestran los resultados obtenidos de un ensayo preliminar siguiendo el protocolo detallado utilizando los equipos con los cuales se contaba en el laboratorio LIBRA que muestra una validación preliminar del modelo propuesto. Este ensayo mostró que el modelo permitió estimar las fuerzas internas con un error menor al 20%, el cual se espera pueda ser mejorado al implementar el módulo de ensayos presentado.Item Diseño de sistema mecatrónico para el control de calidad de envases de embutidos utilizando visión por computadora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-25) Vargas Quispe, Ismael Masharo; Cuéllar Córdova, Francisco FabiánEl presente documento propone el diseño de un sistema mecatrónico para el control de calidad de jamonadas al final de su línea de producción aplicando visión por computadora. El sistema diseñado se ubicará al final de la línea de producción de una empresa de embutidos peruana y abarca el ordenamiento de envases, el control de calidad a través de un sistema de visión por computadora y un sistema de clasificación encargado de rechazar los productos etiquetados como defectuosos según el algoritmo de visión. El ordenamiento de envases permitirá su disposición secuencial a lo largo de una faja transportadora y el giro de estos de manera que sea visible la cara libre de etiquetas. Un servomotor en la entrada separa los grupos de seis envases en dos filas de tres. Topes transversales disponen de los envases reordenándolos uno tras otro. Una cuña permite voltear el producto que es guiado al área de visión por topes longitudinales. La captura de la imagen ocurre a la llegada del envase al sistema de visión. Un sensor a la entrada activa el disparo de la cámara. Se realiza el preprocesamiento a la imagen y sobre esta se extraen las características de interés como el color, puntos presentes, mordeduras, o productos ausentes. Finalmente, un sensor de presencia ubicado en la etapa de rechazo envía la señal de control que en base al resultado del algoritmo de visión según la etiqueta que recibe el producto se dispone a retirarlo de la faja en caso sea considerado como defectuoso.Item Diseño de un sistema portátil tipo cometa para generación de electricidad(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-15) Ruiz Figueroa, José Iván; Villota Cerna, Elizabeth RoxanaLas energías renovables constituyen un recurso importante en el mundo ya que no contaminan el ambiente en comparación con los recursos fósiles. En el mundo se cuenta con un gran potencial de fuentes de energía renovables como el agua (energía hidráulica), los desechos (biomasa), aire (energía eólica), entre otros. Sin embargo, el potencial total de estas energías no son aprovechadas debido a factores como costos, falta de lugares idóneos para su implementación y factores que pueden afectar en muchos casos el hábitat de los animales. En el Perú, el potencial teórico de energía eólica es de alrededor de 22 000 MW contra una capacidad instalada de 239 MW, lo cual representa 1 % del total que se podría obtener. Las principales barreras para un mayor aprovechamiento del potencial eólico son los costos y la tecnología. Dado que el potencial de energía eólica y su crecimiento está basado en la altura de las torres de los aerogeneradores, su desarrollo se ve impedido por el transporte y la maquinaria necesaria para su instalación a más de 100 m de altura. Por ello, en el presente trabajo se desarrolla el diseño de un sistema generador de electricidad con una estructura tipo cometa como dispositivo para captar la energía cinética del aire a alturas mayores a 100 m. El diseño cuenta con una cometa que está unida mediante cables a una unidad de control que cuenta con dos motores DC que modifican el perfil de la cometa para controlar su trayectoria. La unidad de control se une también mediante cables a una estación en tierra donde se encuentra un tambor que transmite el movimiento al generador. En la estación en tierra se ubica un motor AC para retornar la cometa una vez que esta haya alcanzado la altura máxima de operación. El generador se conecta a un banco de baterías para almacenar la energía producida. El control de la trayectoria se realiza mediante un control en tiempo real y módulos de posicionamiento, así como sensores de velocidad de viento, sensores de fuerzas, temperatura y voltaje para asegurar la seguridad del sistema. La metodología del diseño propuesto se delimita a partir del estado del arte encontrado. Luego, se definen los conceptos de solución y se evalúa el concepto de solución óptimo. Se realiza también una evaluación de los sensores y actuadores a usar a partir de los requerimientos establecidos, y se define una estrategia de control para la trayectoria en la generación de energía. El resultado final del diseño se muestra en las ilustraciones del documento y planos.Item Diseño de robot para toma de sangre y rotulado de muestras en hospitales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-15) Gutierrez Zamudio, Jorge Antonio Alejandro; Portella Delgado, JhonLa toma de muestras de sangre es un proceso que se ha quedado relativamente estancado en el aspecto tecnológico en comparación a otros procedimientos médicos tales como para cirugías o procesamientos de imágenes (resonancia magnética, radiografías, entre otras). El éxito de una venopunción recae completamente en la habilidad y experiencia del tecnólogo médico. Incluso los más experimentados pueden fallar resultando en la incomodidad, daño y dolor provocado al paciente. A fin de solventar este problema, se ha diseñado en el presente trabajo una propuesta para una realización precisa y exacta del procedimiento de punción de las venas, mediante el uso de actuadores en sistemas que ofrezcan una resolución adecuada y el uso de sensores que permitan una captura y procesamiento de imágenes adecuada. Además, otro aspecto que se le agrega al diseño será el rotulado de las muestras obtenidas, dado que en la actualidad aún se generan confusiones por intercambio de muestras, lo cual solo perjudica aún más al paciente. El resultado es un robot con múltiples grados de libertad y diversos subsistemas con sus correspondientes actuadores y sensores. Estos subsistemas son: de punción, de almacenamiento de tubos y de rotulado. Esta división en subsistemas se da, ya que se requerirá que el sistema realice varias funciones con el fin de obtener las muestras rotuladas.