Ingeniería Mecatrónica (Lic.)
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Item Sistema inteligente para el control de consumo de energía en el hogar(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-17) Jaimes Chacón, Armando Christofer; Arce Cigüeñas, Diego MartínEsta tesis presentará el desarrollo de un sistema ciberfísico inteligente para el monitoreo y control del consumo de energía en el hogar que abarcará el diseño de los dispositivos físicos y un sistema basado en el internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) usando herramientas de computación en la nube (también conocido como Cloud Computing) para el procesamiento y transmisión de la información recolectada y comandos enviados a través de internet. Para esto se optará por una investigación preliminar y luego el desarrollo de ingeniería pertinente. También se desarrollará la aplicación web y una aplicación móvil. Además, se realizará la fabricación de los prototipos necesarios para la validación del sistema integrado con las aplicaciones mencionadas y ver su correcto funcionamiento. Luego del trabajo realizado, se puede concluir que es posible el desarrollo de este sistema y que funciona de una manera muy estable. Todo esto se valida gracias a la realización de pruebas por medio de prototipos diseñados e impresos en 3D con filamento de plástico PLA, que da la suficiente resistencia mecánica para el sistema, y su integración con las aplicaciones desarrolladas. Además, el diseño se realizó para que sea un sistema escalable capaz de soportar una gran cantidad de usuarios y que se pueda seguir adicionando diferentes tipos de dispositivos para así aumentar el confort que se tiene. En vista de que en el Perú el boom de la construcción hace que aumente exponencialmente el consumo energético por habitante, se hace necesario el desarrollo de este sistema que permita monitorear y regular el consumo de energía de una forma práctica y rápida.Item Diseño de un dispositivo portátil para la rehabilitación pasiva de muñeca con tres grados de libertad(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-16) Tribeño Alata, Edward Emill; Abarca Pino, Victoria ElizabethLa presente tesis desarrolla el diseño de un dispositivo portátil de rehabilitación pasiva de muñeca que permite al usuario realizar los movimientos de flexión/extensión, desviación radial/cubital y pronación/supinación. Además, presenta un diseño antropométrico respecto al antebrazo y muñeca de la mujer peruana, tiene como principal tecnología de fabricación la impresión 3D. En el desarrollo de ingeniería del dispositivo, se presenta el diseño mecánico del dispositivo de rehabilitación junto con el cálculo de torque necesario para realizar los movimientos de muñeca. Además, se diseña un aplicativo móvil como interfaz de comunicación entre usuario-dispositivo. Por último, se diseña un sistema de control redundante con la finalidad de alcanzar los rangos de movimiento de muñeca deseados, así como también de cuidar la integridad del usuario. El costo de producción del dispositivo es de S/2,560.00 soles, siendo este menor al precio promedio que tienen otros dispositivos comerciales de rehabilitación de muñeca de modo que posee una ventaja competitiva en el mercado.Item Sistema mecatrónico de bajo costo para la producción de micro y nano fibras usando la técnica de electro-hilado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-15) Baltazar Baquerizo, Carlos Eduardo; Torres García, Fernando GilbertoEl siguiente documento trata sobre el diseño de un sistema mecatrónico de bajo costo para la producción de micro y nano fibras, haciendo uso del método de electro hilado. Este método recientemente ha tomado relevancia en el mundo académico debido a las novedosas y muy útiles aplicaciones que se han desarrollado con estos materiales nanométricos, tales como pliegues para la protección de heridas contra infecciones, filtros para gases y líquidos, entre otras aplicaciones. Si bien en el Perú, se han realizado algunos estudios para la producción de nanofibras, aún es escasa la investigación y en el caso del laboratorio de polímeros y bionanomateriales de la PUCP (Pontificia Universidad Católica del Perú) no se cuenta con un equipo que pueda procesar biopolímeros y convertirlos en nanofibras. Es por eso, que mediante este trabajo se quiere suplir la necesidad de este tipo de máquina y desarrollar el diseño de la misma tomando como referencia la metodología que comprende la norma VDI 2221. Según esta norma se han consultado documentos académicos para determinar a los principales subsistemas; asimismo, se ha recolectado información de los requerimientos que debería tener este equipo, según los usuarios que son los trabajadores del laboratorio. Como resultado se ha obtenido el diseño a detalle de una máquina que permite al usuario variar los principales parámetros de producción del método de electro hilado que son: la generación de alto voltaje, el caudal de la solución biopolimérica que se procesa, la distancia de la aguja eyectora con respecto al colector y la velocidad de rotación del cilindro colector de nano fibras. De esta manera se ha concluido el diseño del equipo que va permitir realizar el estudio de estos materiales nanométricos y posiblemente desarrollar aplicaciones para la industria, lo que a su vez va promover el desarrollo tecnológico del país.Item Sistema de seguridad adaptable para brazos robóticos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-13) Luna Gutiérrez, Jorge Hernán; Arce Cigüeñas, Diego MartínLa presente tesis tiene como objetivo diseñar un sistema de seguridad para brazos robóticos adaptable a los principales contextos de operación industrial: traslado de materiales, soldadura y ensamble de piezas; con este sistema se espera brindar una solución libre para la implementación de sistemas de seguridad en líneas de producción de modo que los costos y los tiempos de ingeniería se reduzcan considerando el aumento en el uso de brazos robóticos en la industria peruana. Los objetivos de la tesis son: el diseño de los subsistemas de sensado y actuación del sistema de seguridad, el diseño de un algoritmo para la configuración estándar de los parámetros iniciales del sistema, la implementación de un prototipo que simule el funcionamiento del sistema, y la estimación de los costos totales del proyecto. Como principal conclusión del trabajo realizado se diseñó un sistema de seguridad adaptable a al menos tres casos comunes de aplicación industrial de los brazos robóticos con un nivel de desempeño PLb según la norma ISO 13849-1:2015. El sistema de seguridad está compuesto por un PLC y tres sensores especializados para aplicaciones de seguridad. El sistema incluye además elementos de alarma sonora y luminosa para comunicar el nivel de peligro cuando un objeto o persona se acerca lo suficiente al área alrededor del brazo, así como un display indicador de cercanía. En caso el objeto o persona acceda a un área de peligro (Zona Danger), un contactor desconectará la alimentación del brazo robótico. La presente tesis es la continuación de un trabajo de fin de carrera de la misma autoría (Sistema de seguridad adaptable para brazos robóticos. Trabajo de Fin de Carrera, 2019).Item Diseño de un pie protésico que permita determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies con irregularidades durante la marcha(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-06) Miranda Quispe, Bruno Sebastián; Abarca Pino, Victoria ElizabethEl siguiente documento presenta un diseño de pie protésico que permite determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies con irregularidades durante la marcha, el cual incluye un sistema de sensado; este monitoreo es importante pues se demuestra que los usuarios unilaterales sufren condiciones degenerativas en la columna baja y cadera, pues comúnmente emplean más su miembro sano como punto de apoyo. Por el motivo presentado, esta tesis tiene como objetivo realizar el diseño de un pie protésico que permita determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies irregulares durante la marcha; y, con estas obtenidas se podrían realizar protocolos biomecánicos del pie, ya que se tendría en conocimiento el valor de la variable fuerza. La estructura del desarrollo está basada en la búsqueda de antecedentes que describan la biomecánica del pie y los pies protésicos actuales sea en fase comercial, investigativa o patentados para obtener la manera de cómo las prótesis de pie se adaptan a diversas superficies. En adición, se parte del diseño conceptual de un pie protésico; este diseño contempla la forma y material para la verificación mecánica. Una vez se tenga el concepto, se valida por medio de cálculos mecánicos de cinética y resistencia para comprobar que soporte el peso de 90 kgf de un usuario, peso seleccionado acorde a la carga para la cual están fabricados los pies protésicos comerciales, y obtener la fuerza máxima de contacto en al caso más crítico de movimiento con el fin de seleccionar el sensor adecuado y las cantidades correspondientes. Luego, se realiza el filtro se las señales leídas y la selección de componentes que acompañan a lo relacionado con los circuitos eléctricos-electrónicos; estos se ubican en una carcasa y no en el mismo pie. Posteriormente, se realizan los planos mecánicos, eléctricos-electrónicos y la sección de costos. Además, se acota que la importancia del diseño de una prótesis de pie que permita detectar las fuerzas de contacto es que puede saber el estado actual del miembro inferior con relación a la homogeneidad de la carga con respecto del otro.Item Sistema in situ de detección de fallas en los inyectores de un motor diésel de alta potencia con aplicación en minería(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-30) Valdivia Arévalo, José Víctor; Villota Cerna, Elizabeth RoxanaLa presente investigación titulada “Sistema in situ de detección de fallas en los inyectores de un motor diésel de alta potencia con aplicación en minería” tiene como objetivo reducir paradas imprevistas en los camiones mineros, producto de un mal funcionamiento del motor diésel. Para reducir estos tiempos y teniendo en cuenta que la muestra en analisis corresponde a datos de motores diésel QKS78 Cummins operando en mina Antamina y Las Bambas, se propone el diseño metodológico experimental de un sistema inteligente in situ que detecte la falla en un componente crítico de los motores Diesel de alta potencia, como es el caso del inyector. El sistema está basado en el análisis del comportamiento de las temperaturas del gas de escape del motor, variable que registra una relación con el mal funcionamiento del componente en estudio. El sistema de detección de fallas cuenta con un software que realiza la detección del mal funcionamiento del inyector, cuyos resultados obtenidos en la exactitud del modelo desarrollado, mediante algoritmos de inteligencia artificial, corresponde a un 88%, con un margen de error de 2%. Con esta información se torna posible proporcionar recomendaciones en las tomas de decisiones para la parada de los camiones mineros, relacionados a un mal funcionamiento del inyector o sensor de temperatura de escape, sin necesidad de un personal capacitado.Item Diseño de un dispositivo para la rehabilitación pasiva en pacientes con diagnóstico de lumbalgia aguda(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-11) Gómez Chamorro, Kevin Víctor; Elías Giordano, Dante ÁngelEn la presente tesis se ha realizado el diseño de un dispositivo de asistencia para rehabilitación pasiva en pacientes con diagnóstico de lumbalgia aguda. Es de tecnología soft, pues utiliza actuadores flexibles contribuyendo así a la movilidad del usuario. El diseño utiliza una batería para brindar asistencia con actuadores piezoeléctricos que ofrecen una fuerza de compresión cuando son excitados eléctricamente. Tiene dos horas de autonomía de baterías; sin embargo, debido a que cuenta también con una barra como actuador mecánico, el usuario puede seguir experimentando asistencia de movimiento en la zona lumbar incluso sin la activación de los actuadores. Se concluyó que el modelo contribuye a aliviar la zona lumbar de cargas verticales, siguiendo la técnica de estabilidad central. Este dispositivo permite una asistencia de 121,54 N en el eje vertical de y 25,17 N en el eje horizontal del plano frontal en el estado de reposo. La presente tesis aborda cálculos de diseño de elementos mecánicos, análisis del movimiento del mecanismo, selección de componentes, consideraciones para la fabricación del diseño incluyendo impresión 3D de carcazas en ABS, planos de ensamble y despiece para su fabricación. El costo estimado de diseño y fabricación del dispositivo es de S/. 14,000 como costo de diseño y S/. 4,900 como costo de fabricación.Item Diseño de un controlador descentralizado adaptable al sistema de semaforización de Lima Metropolitana para la optimización de tiempos de los ciclos semafóricos en tiempo real(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-10) Montoya Calderón, Andrée Yordan; Villota Cerna, Elizabeth RoxanaActualmente, un problema que afecta a toda la población de la ciudad de Lima Metropolitana es la congestión vehicular, en donde una de las causas principales es el sistema de semaforización. A la fecha, el 67% de semáforos de la ciudad no están interconectados y son del tipo presincronizado, es decir, cambian el color de luz de acuerdo a un tiempo preestablecido; mientras que en el 33% de semáforos restantes, que se encuentran interconectados formando una red, el control se encuentra a cargo de cierto personal que actúa, únicamente, en momentos críticos. Si bien se puede decir que Lima cuenta con un sistema de semaforización, este no llega a ser el adecuado debido a que no puede adaptar su comportamiento en tiempo real para reducir la congestión vehicular. Aún más, algunas acciones tomadas, tales como el apoyo policial y la implementación de las denominadas “olas verdes”, pueden no presentar buenos resultados e incluso generar mayores problemas de tráfico debido a que no son acciones óptimas, puesto que son tomadas bajo criterio de agentes policiales u operarios, quienes cuentan con conocimiento limitado del entorno en tiempo real. De esta manera, se propone una solución para las intersecciones semafóricas que actualmente no se encuentran interconectadas a fin de optimizar los tiempos de los ciclos semafóricos según el estado de tráfico en tiempo real, con el objetivo de minimizar el volumen vehicular, bajo un modelo edge computing. Así, el presente trabajo desarrolla el diseño de un controlador descentralizado, como base de la solución propuesta, buscando aprovechar algunos recursos y componentes propios de las intersecciones, tales como los semáforos y las conexiones bajo tierra entre estos y el controlador. Cabe mencionar, que la solución también podría ser adaptada para usarse en las intersecciones interconectadas. El diseño del controlador incluye el diseño del algoritmo de control, el cual estará basado en una política de asignación proporcional generalizada que no requiere de información de otras intersecciones para el cálculo de tiempos de una intersección. El impacto del algoritmo de control se evaluará comparando sus resultados con los del sistema de semaforización actual en un ambiente de simulación, en donde se implementará el sistema de tráfico vehicular correspondiente a un caso de estudio. El diseño físico del controlador, el cual contempla el diseño electrónico y mecánico, e incluye los cálculos para la selección de componentes, así como las conexiones entre estos y protocolos de comunicación, también forma parte del trabajo.Item Diseño de sistema de grabación automático para la detección, seguimiento y conteo de peatones en intersecciones semaforizadas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-07) Leiva Ottone, Martín Giancarlo; Crisóstomo Romero, Pedro MoisésLa falta de información del flujo peatonal es una barrera para agencias de transporte, ya que hace más difícil el planeamiento de infraestructura y mejora de seguridad para peatones. Los métodos de visión por computadora han estado evolucionando rápidamente y se plantean como solución a la falta de información del flujo peatonal, ofreciendo un conteo automatizado de peatones. En este documento académico se propone el diseño de un sistema automático de grabación y conteo de peatones, el cual tendrá como función grabar el flujo peatonal en dos intersecciones semaforizadas perpendiculares entre sí. La cámara utilizada se encontrará montada en una plataforma móvil la cual apuntará automáticamente a un crucero peatonal, dependiendo de la luz del semáforo. Las grabaciones de ambas intersecciones serán enviadas al operario para su procesamiento en un entorno externo. Esta tesis abarca el diseño de la estructura necesaria para una grabación automatizada, así como para la protección y alimentación de los componentes internos. También incluye el desarrollo los algoritmos de control del sistema y la implementación los programas necesarios para el conteo de peatones utilizando visión por computadora. Los algoritmos utilizados comprenden: YOLO v3 para la detección de los peatones, filtro de Kalman para el seguimiento y conteo; entre otros. Luego, se muestran los resultados de los algoritmos implementados y las simulaciones estáticas y dinámicas del sistema, a manera de validación. Finalmente, se concluye que se pudo desarrollar el diseño planteado y se dan recomendaciones para futuros trabajos.Item Diseño de un simulador de canotaje polinésico en el tipo de canoa v1 para personas con discapacidad motora inferior(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-05) Velásquez Elguera, Mario Sebastián; Lengua Huertas, César AntonioEl Va’a o canotaje polinésico es un deporte de aventura practicado en el mar y el Para Va’a es la práctica adaptada del Va’a por personas con discapacidad. En el Perú, solo el 2,5% de las personas con discapacidad realizan actividades deportivas. Pese a esto, existe una gran cantidad de inscritos en los procesos selectivos para competencias oficiales. La canoa del tipo V1 de Va’a se incluyó por primera vez en la agenda de los Juegos Paralímpicos de Tokio 2020, y ha confirmado también para París 2024. Esto ha generado que los atletas intensifiquen sus entrenamientos y que en paralelo se desarrollen tecnologías y estudios biomecánicos que permitan obtener una técnica de remado más eficiente en busca de mejores marcas. Según lo expuesto, se presenta la oportunidad de incentivar la práctica deportiva y brindar una mejor calidad de vida a las personas con discapacidad en el Perú. En este contexto, el objetivo de la presente tesis es diseñar un simulador de canotaje polinésico en el tipo de canoa V1 dirigido a personas con discapacidad motora inferior. El documento, en primer lugar, inicia con la recopilación del estado del arte entorno a simuladores de canotaje en los deportes de Va’a, remo y kayak. En segundo lugar, a través de los principios básicos de ingeniería y el desarrollo de la metodología de diseño basada en la norma VDI 2221 se logra obtener el diseño conceptual. En tercer lugar, se desarrolla el diseño final del simulador de canotaje polinésico, el cual se ubica sobre una piscina estructural con agua en un jardín en un espacio abierto. El simulador incluye 2 consolas electrónicas que permiten obtener valores de fuerza, alcance de remado, velocidad, aceleración, entre otros y un sistema de cámaras que permite obtener los ángulos de ejecución de la técnica de remado. Asimismo, se desarrolla una aplicación de escritorio, la cual permite visualizar los datos de las consolas. Finalmente, se desarrolla una prueba en aguas abiertas para estudiar los ángulos de ejecución de la técnica de remado en 5 atletas convencionales y 2 atletas de Para Va’a.