Ingeniería Mecatrónica (Lic.)

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Start date: 2020Subject: search.filters.subject.Mecatrónica--Diseño y construcción

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    Diseño mecatrónico de un dispositivo para la rehabilitación pasiva de la rodilla
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-22) Castro Villanueva, Diego; Elias Giordano, Dante Angel
    El presente trabajo de tesis consiste en el diseño de un dispositivo que realice los movimientos correspondientes a la fisioterapia pasiva de rehabilitación de rodilla. El trabajo está basado en la metodología VDI 2221, la cual establece los pasos a seguir para el desarrollo de sistemas mecatrónicos. La estructura del dispositivo diseñado cuenta con 2 eslabones articulados por un extremo en común, cada eslabón tiene forma de canastillo y el paciente reposará su muslo y pierna en estos, se usará un ajuste mediante velcro para mantener estos segmentos de la extremidad fijados al dispositivo. El movimiento de flexión y extensión de la rodilla será realizado mediante un servomotor ubicado en la unión articulada de los eslabones; la cual está, a su vez, ubicada al nivel de la rodilla del paciente. El servomotor entregará el torque necesario para movilizar la pierna mientras el muslo se mantiene fijo en reposo. El diseño que se obtuvo como resultado no requiere de gran espacio para su uso y la mayoría de sus piezas son de materiales de baja densidad. Se realizaron simulaciones de esfuerzos y deformaciones usando el software Autodesk Inventor para verificar que la estructura del dispositivo no falle. Además, el diseño permite guardar un registro de uso del dispositivo con el fin de monitorear el avance del paciente, y puede ser usado por medio de una aplicación en un Smartphone. Finalmente, se realizó una estimación de los costos involucrados para el desarrollo del dispositivo, esto involucra el costo de diseño (S/. 5,840.00) y el costo de fabricación (S/. 3,437.55), esto representa una suma total de S/. 9,277.55.
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    Diseño de prótesis mioeléctrica de codo que permita emular los movimientos del antebrazo
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-28) Acosta Traverso, Sebastián Alonso; Elías Giordano, Dante Ángel
    En la presente tesis se muestra el diseño de una prótesis mioeléctrica de miembro superior, enfocándose en los movimientos de flexo-extensión del codo y pronosupinación de la muñeca. Ello con el propósito de contribuir con el avance tecnológico y social, al advertir la escasez de investigaciones sobre este tipo de prótesis. La metodología que se siguió fue la de diseño VDI 2206, la cual consta de una etapa de investigación de antecedentes y elaboración del marco teórico. Asimismo, otra etapa posterior de definición los requerimientos y las propuestas de solución que surjan ante la problemática planteada. Y, finalmente, elección de la solución óptima y desarrollo del diseño de la prótesis. Siguiendo la metodología, se desarrolló el estado del arte a partir del cual se definieron los requisitos de usuario y de diseño que se buscan alcanzar en el presente proyecto. Seguidamente, se seleccionó sistemas de transmisión circular-circular que, posteriormente, se definieron como engranajes planetarios y embragues no retroactivos que forman parte de los mecanismos de pronosupinación y flexo-extensión. Asimismo, se seleccionó un Arduino-nano y se diseñó el sensor de electromiografía para el control de motores y la recolección de señales eléctricas en los músculos, respectivamente. Posteriormente, se realizó el diseño mecánico considerando que el usuario sostendrá una carga de 4.5 kg en la mano, y que el peso de la prótesis será de 1.5 kg. Además, se estableció como requerimiento que la prótesis debe tener una forma antropomórfica para que el usuario se sienta más cómodo con su uso. Es así que, aplicando conceptos de mecánica y diseño se obtuvo el módulo mecánico del dispositivo. En esta línea, se muestra el diseño de la prótesis la cual puede realizar los movimientos de pronosupinación y flexo-extensión en un rango de -80° a 90° y 0° a 140°, respectivamente. De igual manera, la prótesis puede alcanzar la posición de deseada de pronosupinación y de flexo-extensión en 2 y 4 segundos, respectivamente. Igualmente, se realizó la estimación de costos para hallar el valor aproximado de la prótesis y se obtiene que el costo estimado equivale a S/ 5,600.00.
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    Vehículo autónomo de siembra y labrado para la agricultura andina del Perú
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-28) Menacho Ordoñez, Daniel Tomas; Quiroz Velásquez, Diego Eduardo
    La agricultura es una actividad milenaria realizada por diversas culturas para brindar sustento económico y alimenticio. De la misma manera que la humanidad se ha desarrollado debido a las innovaciones tecnológicas, la agricultura ha formado parte de este crecimiento. Actualmente, las industrias impulsan la agricultura de precisión, la cual emplea los avances tecnológicos para automatizar este proceso artesanal. Con ello se mejora la rentabilidad y precisión de la labor agrícola. No obstante, este tipo de agricultura está enfocada en campos de cultivo dedicados a la industria. Por ende, la región de la sierra del Perú no emplea avances tecnológicos de esta magnitud, puesto que presenta una geografía abrupta y campos de cultivo reducidos (parcelas). En este trabajo de investigación se propone desarrollar un vehículo agrícola autónomo para actividades de sembrado y labrado en campos de cultivo de la sierra peruana. El trabajo de investigación emplea la metodología de diseño mecatrónico VDI 2221, para el cual se desarrolló el estudio del estado de las tecnologías. Asimismo, se estableció los requerimientos de la propuesta solución y el diagrama de funciones de este. A partir de lo estudiado se propuso soluciones para cada función del sistema mediante una matriz morfológica, con lo cual se propusieron tres conceptos solución que fueron contrastados mediante una evaluación técnica económica para determinar el concepto solución óptimo. El desarrollo del concepto solución óptimo consta del diseño mecánico, electrónico y de control del sistema integrado. El diseño mecánico se compone de una estructura principal; un mecanismo de labrado con una herramienta para la creación de surcos en tierra suelta, un sistema de desplazamiento, dirección y suspensión del vehículo en terrenos con desniveles y pendientes máximas de 30°; y una estructura de almacenamiento de semillas con un mecanismo de siembra directa por grupos. Los mecanismos fueron validados con un factor de seguridad 1.5 como mínimo y un tiempo de recuperación en la suspensión de 3.2 s. Por una parte, el diseño electrónico se realiza la selección de sensores para la autonomía; actuadores para el impulsar los mecanismos diseñados; sistema de comunicación; periféricos de interacción y seguridad; unidades de control para el procesamiento de algoritmos, y envió y recepción de señales; y fuentes de energía con sus respectivos reguladores. A partir de ello se obtiene un vehículo capaz de tener una autonomía de funcionamiento de 2.5 h con un factor de seguridad de 1.2. Por otra parte, en el diseño de control se desarrolla un algoritmo de autonomía, el cual realiza la labor agrícola en un entorno predeterminado. Los resultados de su funcionamiento se encuentran en validación. Finalmente, la sección de costos estima el valor monetario para la creación del sistema, este valor se mantiene por debajo del costo de los modelos industriales para vehículos autónomos destinados a la agricultura de presión.
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    Diseño de una máquina orientada a la producción de pellets de PET reciclado
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-11-22) Vega Soria, Brandon Giovanni; Girón Medina, Víctor Sergio
    El presente proyecto de investigación es planteado con el objetivo de diseñar una máquina recicladora de plástico PET, proveniente en su mayoría de botellas hechas de este material, los cuales son uno de los desechos más abundantes en océanos y playas. Se determinó que el sistema mecatrónico diseñado tendrá como materia prima escamas de PET previamente lavadas y secas, las cuales serán calentadas, extruidas y cortadas para formar los pellets. Este diseño permite que la máquina pueda producir como máximo 80 kg de pellets por hora, a partir de 78 kg de escamas y 2 kg de masterbatch. Estos pellets, con σtracción = 32.5 MPa y σflexión = 63 Mpa (Sara Madadi, 2014), podrán ser utilizados para la producción de otros materiales, como, filamentos de impresión 3D, hilos de poliéster, etc. Con este fin, se elabora una matriz morfológica para la obtención de diferentes conceptos de solución, a los cuales se les realiza un análisis técnico y económico para determinar el concepto de solución óptimo. Luego, una vez obtenido el concepto de solución óptimo, se realizan cálculos para el diseño de los diferentes elementos que componen el sistema mecatrónico, así como para la selección de materiales, sensores y actuadores. Asimismo, el sistema diseñado tiene la posibilidad de ser utilizado para el reciclado de otros tipos de plástico que tengan propiedades mecánicas y físicas similares al PET, pero siempre realizando una limpieza previa de la máquina, evitando de esta forma residuos de material no deseado en el producto final.
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    Diseño de robot manipulador con efector final en corte láser aplicado al sector textil peruano
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-22) Díaz Godos, Diego Fernando; Quiroz Velázquez, Diego Eduardo
    La presente tesis describe la problemática del sector textil peruano frente a otros mercados internacionales, como el de China; y la solución propuesta: la implementación de un sistema robótico que permita mejorar la eficiencia de procesos. En los subsiguientes capítulos se detalla el sistema mecatrónico en su conjunto, así como la arquitectura de funciones y los diagramas de flujos generales y específicos. Adicionalmente, en el capítulo 3 y 4 se explica detalladamente el diseño del brazo robótico y la mesa de corte, respectivamente; desde el enfoque mecánico, electrónico, selección de componentes y actuadores. Para el brazo robótico, se expone las ecuaciones de control y procedimientos necesarios para el correcto funcionamiento del sistema mecatrónico. Por último, se presentan las simulaciones mecánicas para resistencia de los elementos mecánicos, resaltando los parámetros de esfuerzos de Von Mises, desplazamiento y factor de seguridad, para ser validados en su diseño; y los costos de los elementos más resaltantes dentro del diseño mecatrónico
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    Diseño de un sistema mecatrónico para la automatización del proceso de empaquetado en cajas para la fabricación de suturas quirúrgicas
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-22) Canchis Alvarez, Sebastian Mauricio; Muñoz Salas, Karol
    El incremento en la demanda nacional y regional en el rubro de insumos médicos es una constante de los últimos años. Esto se ha traducido en la necesidad de las empresas de buscar mejoras para incrementar la producción de productos médicos periódicamente y el caso peruano no es la excepción. Una alternativa, y tal vez la mejor, es la transformación digital de la mano de soluciones automatizadas para la industria. En ese sentido, el presente trabajo busca desarrollar una solución de automatización capaz de satisfacer las necesidades de una empresa peruana dedicada a la producción de insumos médicos y especialmente, suturas quirúrgicas. En el primer capítulo se aborda esta problemática planteada así como los objetivos y la metodología para proponer una solución. En el segundo capítulo se detalla una revisión del estado de arte para identificar alternativas académicas, comerciales y patentes existentes para la propuesta solución; además de un marco teórico relacionado a la industria de suturas quirúrgicas. Además, se identifican los requisitos de usuario y de proyecto para limitar esta investigación. En el tercer capítulo, se identifican las funciones del sistema y alternativas de solución utilizando las herramientas de acuerdo la metodología, las cuales son posteriormente evaluadas las para definir el diseño conceptual. Finalmente, en el cuarto y quinto capítulo, se explica el diseño integrado de la solución conceptual mediante planos mecánicos, electrónicos, eléctricos y de control, abarcando así los dominios del sistema mecatrónico descrito mediante la metodología seleccionada, presentado así a la solución integrada para la problemática planteada.
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    Diseño mecatrónico de un dinamómetro de motor para pruebas de prototipo para la competencia Shell Eco Marahon
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-05-17) Vivas Alejandro, Gianfranco Odin; García Sulca, José Gustavo
    La competencia Shell Eco Marathon es un evento que reúne equipos de todo el mundo, los cuales desarrollan vehículos automóviles que puedan alcanzar la máxima eficiencia energética posible. El grupo SEMA PUCP, conformado por estudiantes de diversas especialidades de la Pontificia Universidad Católica del Perú, desarrolló un vehículo prototipo monoplaza para poder participar en la competencia Shell Eco Marathon, en sus trabajos de diseño e implementación encontraron la necesidad de poder hacer ensayos con el motor de combustión interna del vehículo en busca de mejoras energéticas y determinación de parámetros de rendimiento. Esto requería la adquisición de un banco de pruebas, más conocido como dinamómetro de motor. Se investigó sobre el estado de la tecnología de los dinamómetros de motor, y cuáles son los modelos comerciales más comunes. Se encontró que los dinamómetros de motor en su mayoría están hechos para motores de gran potencia de uso industrial, mientras que los pequeños, al no tener aplicaciones para vehículos comerciales, son poco comunes y se desarrollan de manera personalizada. Esto llevo a proponer la solución de diseñar un dinamómetro de motor propio. El objetivo de este trabajo es presentar el diseño de un dinamómetro de motor que cumpla con requerimientos establecidos a partir de las necesidades encontradas, entre estos, obtener los parámetros más importantes de un motor de combustión interna, como lo son las curvas de torque y potencia. Para cumplir con este objetivo, se planteó el diseño de un dinamómetro de motor que usa un generador eléctrico para convertir la energía mecánica que se produce en el eje de salida del motor. El generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica y esta última es disipada en un circuito de resistencias. Para poder someter al motor a distintos regímenes de carga un circuito electrónico de potencia regula la cantidad de energía eléctrica que será disipada, mientras que los instrumentos sensan los parámetros de interés para poder obtener las curvas de torque y potencia.
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    Diseño mecatrónico de un sistema de calefacción cerrado y deshumedecedor de materiales de ingeniería para impresoras 3D de escritorio de código libre
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-05-03) Toyama Higa, Pedro Mitsuo; Sanchez Sifuentes, Ana Cristina Midori
    El presente trabajo, de final de carrera, tiene como objetivo principal el diseño de un sistema mecatrónico capaz de brindar a las impresoras 3D de escritorio de código libre la capacidad de poder imprimir materiales como el nylon, ABS, ASA, entre otros clasificados como materiales de ingeniería. Actualmente, solo las impresoras industriales son capaces de imprimir estos materiales, debido a que controlan el medio circundante en el área de impresión y la humedad relativa del filamento 3D. Estas máquinas tienen un costo elevado en comparación con las de código libre. Se llegó a un diseño que complementa a una impresora 3D de código libre, el cual incluye un control de temperatura y de humedad en la cabina principal y del filamento 3D, con el cual una impresora 3D de escritorio y código libre puede imprimir materiales de ingeniería. Este diseño mecatrónico se validó por medio de simulaciones estructurales y un prototipo funcional a escala. Además, se demostró que es viable su implementación como un producto comercial.
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    Diseño de un sistema de impresión de troquelados para suturas quirúrgicas
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-20) Quiroz Rodriguez, Rafael Angel; Muñoz Salas, Karol
    La manufactura de suturas quirúrgicas en el país es una actividad creciente y requiere de mano de obra para desarrollarla, sin embargo, al ser productos estériles es necesario contar con equipos que usuarios puedan operar de manera que no entren en contacto con el producto. Así es como la actividad de imprimir sobre los empaques requiere el diseño de un dispositivo que permita trabajar con formas irregulares y de forma continua. Debido a esta necesidad, el objetivo de este proyecto era diseñar una impresora con la capacidad de imprimir sobre un grupo de cartulinas de formato no rectangular, conocidas como troquelados. La adaptabilidad del diseño permite configurar los soportes si se desea cambiar de forma o tamaño de troquel. Y usando el principio de impresión por termotransferencia alcanzar velocidades constantes de impresión de 10 mm/s. La metodología en la que se basó el desarrollo de este documento es el indicado por la norma alemana VDI 2206 y presentada por la Asociación de Ingeniero Alemanes, donde se plantea el desarrollo de productos mecatrónicos en diversas etapas (Gausemeier, 2002). El trabajo se dividió en tres partes principales: la definición del problema y sus antecedentes, el diseño conceptual y un diseño integral del sistema. Siendo el ultimo donde se ha desarrollado un sistema mecatrónico para la impresión de troquelados de suturas, con la particularidad de permitir la impresión en blanco y negro sobre troquelados de diversas formas a una velocidad de aproximada de 4 troquelados por minuto. Con este sistema se ha reducido el costo de impresión y tiempo en el proceso de codificado de las suturas quirúrgicas, además de minimizar la probabilidad de contaminación de los empaques al reducir el contacto humano. Con lo cual se sugiere la implementación del prototipo en planta para analizar la viabilidad del proyecto y las posibles recomendaciones y mejoras para futuras investigaciones.
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    Diseño de un kart eléctrico profesional
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-10) Pariona Pino, Gonzalo Javier; Arce Cigüeñas, Diego Martín
    La contaminación ambiental es un problema que nos acompaña por mucho tiempo, al cual lamentablemente no le estamos dando la importancia necesaria. Tenemos solo un planeta y tenemos que cuidarlo. La emisión de gases producto de la combustión está impactando gravemente en la capa de ozono causando muchos cambios climáticos a lo largo de todo el mundo. ¿Quién hubiese pensado hace 10 años que en el invierno del 2022 en Lima la población tenga que abrigarse más para combatir el frio? Dado que se necesita promover con una mayor intensidad y alcance la necesidad del cuidado de la capa de ozono, es importante buscar un espacio que mueva grandes cantidades de personas y pueda impactar sobre toda una industria. Las competencias de autos son un buen candidato, los avances tecnológicos planteados dentro de la industria automotriz provienen muchas veces del desarrollo elaborado para estas carreras. Tomando en consideración lo planteado anteriormente, la presente tesis desarrolla el diseño de un kart eléctrico destinado a un ambiente competitivo profesional, el cual posea las características establecidas por la entidad que vela por el buen uso de los karts. El presente documento plantea inicialmente la investigación previa realizada para el desarrollo de ingeniería del vehículo, y un diseño conceptual obtenido por la metodología VDI 2206. Finalmente, se presenta el diseño del kart con un chasis base que trata de incluir la mayor cantidad de baterías posibles (2 bancos de 140 celdas cada uno) para lograr una autonomía de 32 km a 100 km/h (17 km de autonomía por cada motor) y con la posibilidad de hacerle frente a una fuerza de colisión de 155 kN (equivalente a 60 km/h); el vehículo propone una nueva interacción con el piloto a partir de las variaciones significativas del ángulo del pedal de aceleración para desencadenar la potencia pico del motor (100 kW) por un máximo de 10 segundos o cuando este llegue a su temperatura máxima de trabajo.