Ingeniería Mecatrónica (Lic.)
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Item Diseño de una plataforma de elevación con una rampa automática como medio de acceso para personas con movilidad reducida al transporte público(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-13) Morales Bravo, Jesús Sebastian; Elías Giordano, Dante ÁngelEn este documento, se presenta el diseño de un sistema mecatrónico conformado por un sistema de elevación y un sistema de traslación, con finalidad de permitir el acceso a personas con movilidad reducida, especialmente aquellas que usan sillas de ruedas, hacia la entrada de los buses de la línea roja del corredor complementario peruano. El sistema tiene una capacidad máxima de carga de 400kg, la cual se eleva a una altura de 1.10 m con respecto a la acera con una velocidad de 0.50 cm/s, permitiendo que el usuario llegue a la entrada del bus situada en la puerta posterior. La geometría está diseñada para sillas de ruedas de uso común con dimensiones máximas de 1.30 m de largo y 0.8 m de ancho. El desarrollo del documento contempla inicialmente un breve resumen del trabajo de investigación con respecto al diseño conceptual del sistema propuesto siguiendo la metodología UFSC, resaltando conceptos claves, mecanismos existentes en el estado del arte, tesis, patentes y una solución conceptual representada en bocetos. A partir de este primer capítulo, se empieza a desarrollar el diseño mecánico teniendo en cuenta consideraciones preliminares para el desarrollo de los cálculos, los cuales junto con simulaciones en elementos finitos permiten seleccionar los distintos materiales y componentes mecánicos e hidráulicos. Luego se realiza el diseño eléctrico-electrónico y de control, donde se detalla el diagrama de funcionamiento, la lógica de control, y la selección de los distintos componentes eléctricos-electrónicos que se usaran para controlar y energizar el sistema. Por último, se realiza la integración del dominio mecánico y electrónico, presentando diseños 3D, planos y un balance de costos. El sistema de elevación se basa en un mecanismo tipo tijera los cuales son usados por su robustez y su alta capacidad de carga sin perder el equilibrio. Por otro lado, el mecanismo de traslación está basado en un mecanismo telescópico el cual permite el traslado horizontal de cargas en voladizo con una flexión despreciable. Asimismo, se dispondrá de un panel de control el cual contendrá el controlador, relés de estado sólido y contactores, los cuales controlaran la entrada y salida de información de los sensores. La integración del sistema en sus tres dominios no supera los US$ 12000 dólares estadounidenses, por lo que podemos concluir que su inversión está dentro del rango comercial.Item Diseño de una secadora automática para granos de cacao con capacidad para 60 Kg.(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-29) Acuña Sánchez, Adrian Ysrael; García Zevallos, Luis EnriqueEl presente trabajo consiste en el diseño de una máquina secadora de tambor rotatorio con capacidad para 60 kg de granos húmedos de cacao previamente fermentados, cuya función es reducir la humedad de los granos homogéneamente hasta un 8% en base húmeda. La eliminación de la humedad al interior del sólido seco es realizada por transferencia de calor mediante inyección de aire a 55°C. Como desarrollo del proyecto, se presenta el diseño mecánico de la secadora según los requisitos establecidos en la etapa conceptual, definiendo las dimensiones necesarias del tambor rotatorio, de 740 mm de diámetro y 550 L de capacidad neta, su estructura de soporte, las especificaciones del sistema de descarga de granos y el motorreductor de 1.5HP, necesario para girar el tambor a 30 RPM. Posteriormente, se completa el diseño del sistema de generación de aire caliente, compuesto por un calentador de resistencias de 11 kW, un ventilador centrífugo de 0,15 kW, una termocupla y una lámina termoaislante de lana de roca necesarios para el calentamiento, transporte del aire y la conservación de la energía calorífica en el sistema de secado. Para el sistema de control de temperatura del aire se realiza el diseño y selección de los circuitos de electrónica de potencia, se selecciona el PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C para el control de los elementos eléctricos y electrónicos de la secadora y se realiza una simulación del sistema PID de control de temperatura que permite validar los parámetros del sistema de control. Por otro lado, a fin de aprovechar las características climáticas del entorno de operación del proyecto, se considera el diseño de un sistema de energía solar, compuesto por 4 paneles y un banco de baterías que suministran 1 kW de potencia a la secadora. Finalmente, se culmina con la evaluación de la inversión necesaria para el proyecto, que incluye el costo del desarrollo, fabricación e instalación de la secadora, la cual ofrece un presupuesto final estimado en S/39 780,60.Item Diseño de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-15) Manrique Gómez, Kenzo Nicolas; Elias Giordano, Dante AngelEn el presente trabajo de investigación se realizó el diseño de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz entre los 6 y 12 años. El diseño de la silla de ruedas teleoperada posee dos modalidades, conducción manual por medio de un módulo joystick y conducción remota por medio de un dispositivo móvil. Además, el paciente tiene la posibilidad de realizar sus necesidades higiénicas con mayor facilidad y comodidad desde la propia silla de ruedas por medio de un asiento extraíble, ubicando la silla sobre el inodoro. En este documento se presentan los antecedentes del Trabajo de Investigación de Manrique (Manrique, 2022) sobre el concepto de solución de la silla de ruedas teleoperada basada en la metodología “Design Methodology for Mechatronic Systems”, propuesta por la Profesora Karol Muñoz, el Ingeniero Víctor De Negri y el Magíster Vinícius Vígolo (De Negri, 2021). Bajo esta premisa, se desarrolló el subsistema mecánico de la silla con el modelamiento en 3D de los componentes mecánicos con su respectivo análisis dimensiona de esfuerzos y deformación para corroborar la admisibilidad mecánica de la estructura de la silla. Además, se realizó la selección de los componentes de actuación. Posteriormente, se desarrolló el subsistema eléctrico/electrónico y de control de la silla, donde se continuó con la selección de los componentes electrónicos (sensores, comunicación Wifi, controlador y fuente de energía) y sus respectivos diagramas esquemáticos. Luego, se diseñó el diagrama de flujo y lógica de funcionamiento de la silla, así como el diseño de la interfaz manual y remota de la silla a través de un prototipo de una aplicación móvil. Finalmente, se presenta el dispositivo general, planos mecánicos de ensamble y despiece, así como los planos de estimación de costos de fabricación.Item Diseño de un sistema mecatrónico móvil para apoyo en el traslado de muestras durante la prospección geológica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-02) Infante Palacios, Fernando; Quiroz Velásquez, Diego EduardoEl presente trabajo de tesis explora las tecnologías de navegación autónoma aplicadas en terrenos irregulares, enfocado en la prospección minera. La prospección consiste en la recolección de muestras a lo largo de grandes extensiones de terreno con el fin de determinar un yacimiento mineral. Existe un desafío ergonómico que enfrentan los operarios, quienes deben recorrer largas distancias transportando muestras que, en conjunto, pueden llegar a pesar cerca de 25 kilogramos. Por ello, se plantea el diseño de un vehículo autónomo para agilizar el proceso de traslado de muestras. El vehículo debe ser capaz de identificar su ubicación y orientación, por lo cual se emplea un sensor inercial y un dispositivo GNSS que lo dirige a su destino. En paralelo, debe ser capaz de analizar la transitabilidad del terreno a fin de identificar el espacio disponible. Con este propósito, se integran sensores LiDAR y cámaras de profundidad para realizar un análisis exteroceptivo de la geometría, complementado con un análisis por apariencia a través imágenes de la cámara. La dirección del vehículo se logra mediante un servomotor que opera mediante un mecanismo de dirección Ackerman, mientras que la tracción es proporcionada por un motor brushless DC y transmitida a través de una cadena. Todo el vehículo es energizado por medio de una batería Ion-Litio recargable y contiene elementos de protección, como el relé electromecánico y fusibles. La información de los sensores debe ser procesada por una unidad de procesamiento con GPU, y los actuadores son controlados por un microcontrolador. El diseño mecánico contempla una suspensión Double Wishbone delantera y un eje sólido en la parte trasera.Item Khallwa: robot aéreo para la identificación del estado de madurez de arándanos en los arbustos utilizando aprendizaje profundo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-16) Valera Espinoza, Jason Luis; Crisóstomo Romero, Pedro MoisésLa industria de arándano en nuestro país ha alcanzado un incremento en los últimos años. Por lo cual, el uso de nuevas tecnologías para el sector agroindustrial se convierte en un complemento para el desarrollo de una producción adecuada. El presente documento propone el diseño de un sistema que indique el estado de madurez del arándano en los arbustos utilizando aprendizaje profundo. El sistema se diseña para ser utilizado en campos de cultivo de arándanos de las localidades costeras del territorio peruano y abarca la concepción de un robot aéreo que podrá navegar dentro del campo de cultivo y registrar los arándanos en los arbustos mediante captura de imágenes, las cuales posteriormente serán analizadas por un algoritmo de identificación para clasificarlas por su estado de madurez. Para cumplir el objetivo, inicialmente se identificaron los requerimientos del sistema y posteriormente se proponen tres conceptos de solución por medio de la identificación de funciones. Luego de ponderar los tres conceptos de solución y realizar un análisis técnicoeconómico se selecciona un robot aéreo (“Khallwa”) de material de fibra de carbono y polipropileno expandido que posee una envergadura de 0.8 metros, un largo de 0.53 metros y una masa de 0.55 kilogramos. Una autonomía de vuelo de 10 minutos a una velocidad máxima de 6.2 m/s. Finalmente, con el objetivo de la identificación del arándano por su estado de madurez realizado se utilizó un modelo de aprendizaje profundo basado en aprendizaje por transferencia, el cual obtuvo una precisión media (mAP) del 92%, lo que conlleva a agilizar el proceso de inspección y evitar errores producidos en el proceso manual.Item Diseño de un vehículo aéreo no tripulado para hidrolavado de fachadas de edificaciones en Lima Metropolitana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-15) Melgarejo Ponce, Joaquín Ignacio; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiEl servicio de limpieza de exteriores en altura en el territorio limeño continúa siendo rudimentario. Esto se da en el sentido que, dentro del sector privado se emplean métodos tradicionales de elevamiento como andamios, causantes de accidentes en altura mientras que se implica el uso de maquinaria costosa como plataformas de elevación. A raíz de esto, en el extranjero se han diseño drones capaces de integrar la pistola a presión con la técnica del hidrolavado. No obstante, esta primera respuesta no ha sido lo suficientemente eficiente como para ejecutar un lavado profesional por un tiempo superior al de media hora debido a la duración de vuelo que garantizan las baterías LiPo. La presente tesis tiene como objetivo el diseño de un dron que pueda ejecutar el mismo servicio de lavado a presión en las fachadas de edificaciones, garantizando una autonomía de vuelo superior a 1 hora que pueda compensar las falencias de tiempo de vuelo de otras propuestas comerciales. Para ello, se emplea la metodología VDI 2221 con la finalidad de integrar los dominios: mecánico, electrónico y de control. Como resultado, se cuenta con una propuesta innovadora a las tecnologías de limpieza contemporáneas que se nutre de una fuente de energía limpia: el hidrógeno. Dicha sustitución de la batería tradicional LiPo a la celda de hidrógeno refleja una reingeniería de la estructura y parámetros de vuelo del dron. No obstante, el diseño obtenido contempla un peso competitivo de 8 kg con carga útil y una autonomía de 1 hora y 17 minutos; así como también la resistencia mecánica suficiente para ejercer un lavado de hasta 69 bares, concluyendo ser una alternativa viable de limpieza en el mercado.