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 un sistema automático para el cultivo vertical de hortalizas e inspección por visión artificial(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-16) Aguilar Paredes, David Moisés; Crisóstomo Romero, Pedro MoisésLa incertidumbre en la producción de alimentos se intensifica debido a la contaminación del suelo, el cambio climático y el inminente aumento de la población a 9.8 mil millones de personas. La agricultura convencional, con su uso intensivo de químicos, ha contribuido a perder el 30% de las tierras arables a nivel mundial en las últimas cuatro décadas. Esta situación destaca la urgencia de replantear los métodos de producción para abordar la creciente demanda, preservar los recursos y garantizar la sostenibilidad a largo plazo. En respuesta a este desafío, la agricultura vertical ha surgido como una solución tecnológica que ofrece protección contra insectos y enfermedades, además de posibilitar la producción independientemente de los factores climáticos. Este estudio de investigación se propone analizar el estado actual de la agricultura vertical, diseñar un sistema que permita el cultivo e inspección a través de visión artificial, y seleccionar dicho sistema mediante criterios técnicoseconómicos y un análisis de costos. En el primer capítulo, se presenta la problemática abordada, los objetivos, la metodología, y el alcance del trabajo. Se realiza un análisis exhaustivo del estado del arte sobre las tecnologías en cultivos verticales y proyectos anteriores. En el segundo capítulo, se aborda el proyecto conceptual, destacando la elección de una solución basada en un análisis técnico-económico. Esta solución implica la propuesta de una estructura metálica para alojar niveles de cultivos, integrando sensores para monitorear los parámetros de las plantas y actuadores para la distribución de la solución nutritiva. En el tercer capítulo, se diseña y simula la estructura metálica para garantizar el cumplimiento de los requerimientos establecidos. Además, se eligen los sensores, actuadores, fuentes de energía y una cámara para el subsistema propuesto. Finalmente, se simula el algoritmo de procesamiento de imágenes, se realizan pruebas del subsistema de transporte de la cámara, se estima el costo y se presentan las conclusiones del proyecto. En resumen, esta investigación propone una solución innovadora que integra la agricultura vertical y visión artificial para abordar los desafíos de la agricultura tradicional, siendo clave para asegurar la futura seguridad alimentaria.Item Diseño de un dispositivo para monitoreo de balones de gas licuado de petróleo domésticos mediante una aplicación móvil(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Avalos Alba, José Diego; Rivera Calagua, Bryan JoelEn el Perú, el gas licuado de petróleo (GLP) es el combustible más utilizado para cocción de los alimentos, con cerca del 70% de familias peruanas dependiendo de él. Sin embargo, actualmente existen pocas tecnologías que permitan monitorear con precisión la cantidad de gas restante en los balones y detectar posibles fugas, lo cual compromete la seguridad, bienestar y comodidad de las familias. Disponer de información precisa sobre el nivel de gas y la detección de fugas resulta en un uso más eficiente y seguro de este recurso, por lo cual, el presente trabajo plantea el diseño de un dispositivo que pueda determinar el nivel del gas y detectar fugas en balones de GLP domésticos, siguiendo la metodología del diseño mecatrónico, desarrollada en conjunto entre la PUCP y la UFSC. El trabajo está dividido en dos sistemas: el de medición y el de software. El sistema de medición, que se colocará en el balón, incluye el diseño mecánico, electrónico y de control. Simulaciones con el método de elementos finitos utilizando Autodesk Inventor determinarán si el dispositivo puede soportar el peso de un balón. El sistema de software contempla una arquitectura de cloud computing y una aplicación móvil que almacena las mediciones del nivel de gas en la nube, permitiendo al usuario acceder a esta información en su celular para Android e iOS. Se simulará el funcionamiento de la base de datos en la nube enviando datos artificiales y verificando que la aplicación móvil recibe esta información. También se utilizarán estos datos para predecir la fecha aproximada en la que se agotará el gas. Finalmente, se concluye que el dispositivo desarrollado es capaz de monitorear eficazmente el nivel de gas, mejorando la seguridad y eficiencia en los hogares peruanos. La implementación de este dispositivo puede prevenir accidentes domésticos y optimizar el uso del GLP, ofreciendo una solución viable y con un costo estimado de 1700 soles.Item Diseño de un robot autónomo de limpieza utilizando aprendizaje de máquina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-02) Susanibar Sipan, Grover Hernando; Portella Delgado, Jhon ManuelEn la actualidad existen varias marcas de robots limpiadores en el mercado, sin embargo, estos robots no realizan su misión de forma eficiente, debido a que presentan errores sistemáticos al momento de desplazarse en un ambiente requerido, por lo que no logran limpiar adecuadamente la suciedad. Se realizó un estudio de los motivos por los cuales los robots actuales presentan problemas y se determinó que los algoritmos de control que usan para desplazarse sobre una habitación no son del todo eficientes, por lo que es necesario plantear otros algoritmos que complementen y así se puedan disminuir los errores. La presente tesis es desarrollada con el objetivo de diseñar un robot de limpieza que sea capaz de desplazarse de forma autónoma sobre todos los espacios de una habitación y limpie de forma eficiente todas las partículas de suciedad presentes en el interior de dicha habitación. Asimismo, se propone el uso de un algoritmo de Aprendizaje de Máquina a través del entrenamiento de una Red Neuronal Convolucional que le permite al robot aprender a reconocer objetos y partes de la habitación para que en su recorrido de limpieza se pueda guiar y le sirva como retroalimentación en su propósito de localizarse. En el documento se detalla el diseño mecatrónico del robot limpiador describiendo los componentes mecánicos y de desplazamiento del robot; los sensores, actuadores y circuitos de alimentación de energía; así como la arquitectura de control y diagramas de flujo de los algoritmos involucrados. Con el objetivo de validar el funcionamiento del diseño de robot planteado, se realizaron simulaciones computacionales del recorrido y limpieza de un robot dentro de una habitación requerida. Con los resultados obtenidos se concluye que es posible mejorar el desempeño de los robots actuales a través del uso de algoritmos de Inteligencia Artificial que le permiten al robot ir aprendiendo a reconocer objetos a lo largo de su desplazamiento. Finalmente, el robot propuesto tiene un costo estimado del sistema mecánico y electrónico de S/. 5’610 y un costo de diseño de S/. 5’625 para el proyecto, teniendo en cuenta que el costo de diseño va a disminuir conforme el robot sea fabricado en grandes volúmenes de producción.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 Diseño de un horno crematorio privado por combustión para mascotas con una capacidad máxima de 30 kg(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-04) Enríquez Paredes, Xavier André Ezequiel; Mas Bautista, Ronald EduardoEn el territorio peruano, viven una gran cantidad de animales domésticos, principalmente felinos y canes ,y se requiere la intervención humana en la eventualidad de la muerte de este. Esta situación genera complicaciones ambientales, logísticas y sanitarias que afectan a la comunidad. Una de las alternativas para cubrir dicha necesidad es mediante la cremación, proceso que involucra la descomposición de la materia orgánica mediante combustión. Se propone un horno crematorio que realice la cremación del cuerpo de una mascota con capacidad máxima de 30 kg con unas medidas de 1.9 m de ancho, 2.03 m de largo, y 2.2 m de alto. Esta contiene una mesa de rodillos para el ingreso de mascotas con una velocidad de 0.03 m/min, que tenga 2 dos espacios, uno para la combustión con una temperatura de operación de 600 oC y otra para la postcombustión con una temperatura de 900 oC. En la primera se aloja la mascota para la incineración y en la segunda para realizar una filtración inicial del gas realizando una segunda combustión a una mayor temperatura. La combustión dura de 1 hora después del procedimiento de encendido del burner. Asimismo, se selecciona una torre de lavado a contraflujo considerando un flujo de gas de combustión de 1.25m3/h cuya composición se asume que consiste en CO2. y H2O. Cuenta con el subsistema de trituración, en donde realiza la pulverización de los huesos generados luego de la cremación, con una duración de 15 segundos, y se deposita en un contenedor para ser retirado por el operario encargado de la máquina. El incinerador está acondicionado con un panel de control para observar los estados y variables del proceso de cremación como las de temperatura y relación aire/combustible en las cámaras y cuenta con botones para iniciar o finalizar el funcionamiento del sistema, el desarrollo de la incineración es automatizado, no obstante, ha de ser necesaria la acción de un ser humano para eliminar el producto obtenido, se adicionan botones de emergencia para realizar la parada de la máquina cuando sea necesario. Se simulan los esfuerzos mediante el software INVENTOR la estructura, las cuchillas, los rodillos. Para la simulación del lazo de control de temperatura y relación aire/oxígeno en las cámaras se hace uso del software Matlab. Se finaliza el proyecto realizando un análisis de costos del sistema.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.Item Del laboratorio a la línea de producción: escalando la fabricación de vidrio automotriz para control solar(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-11) Temoche Solano, Eduardo David; Villota Cerna, ElizabethEste proyecto se implementó en una empresa dedicada al desarrollo, fabricación, comercialización y distribución de vidrios blindados, laminados y templados para uso automotriz y defensa. La empresa presenta 2 líneas de negocio: Vidrios inteligentes - Soluciones de vidrio de alta tecnología para el futuro de la movilidad aplicada a autos de gama alta. Vidrios de seguridad - Soluciones de vidrio resistente a balas para aplicaciones civiles. Dentro de la línea de negocio de vidrios inteligentes se tienen como tecnologías principales a Recubrimientos de control solar, Formas complejas, Impacto, Electrónica, Vidrios delgados y Camera. El presente informe está centrado en la creación de una línea de recubrimientos de control solar, partiendo desde pruebas a escala pequeña en los laboratorios de investigación y desarrollo, siguiendo con el prototipado a escala real para finalmente crear y poner a prueba la línea comprobando que sea capaz de producir vidrios recubiertos cumpliendo con los requerimientos según normas internacionales automotrices y según especificaciones internas de cada cliente. El equipo de trabajo para el desarrollo del proyecto estuvo compuesto por un Gerente de proyecto, Licenciados de Gestión y Alta Dirección, Licenciados en Negocios Internacionales, Ingenieros Mecatrónicos, Ingenieros Mecánicos, Ingenieros Electrónicos, Físicos y Especialistas en Ciencias de los Materiales.Item Desarrollo de sistema robótico (ROV) avanzado de monitoreo de grandes profundidades(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-02) Vargas Alfaro, Miguel Angel; Arce Cigüeñas, Diego MartinActualmente, la evaluación del impacto de la explotación de recursos marinos (pelágicos y bentónicos) ocasionada por la industria pesquera no se desarrolla de la manera más eficiente. La principal razón de esto es la falencia de herramientas tecnológicas necesarias para realizar inspecciones submarinas en nuestro país, además de deficientes metodologías de evaluación y monitoreo. Como respuesta, se diseña e implementa un robot submarino ROV (vehículo remotamente operado), con la capacidad de sumergirse a profundidades entre 500 y 750 metros y poder transportar diferentes equipos que permitan la adquisición de datos necesarios para la evaluación, tales como sistemas de visión y sondas para el monitoreo de parámetros marinos. El presente informe se centra en las funciones de un ingeniero de proyectos, especializado en diseño, implementación y puesta en marcha del sistema mecánico-eléctrico de la propuesta desarrollada, teniendo como objetivo principal la entrega de un prototipo funcional de vehículo robótico ROV. Se expone el estado de la tecnología, criterios de diseño, detalles de la implementación, fabricación y parte de las pruebas finales realizadas con el prototipo. Al final del presente trabajo se logra obtener un prototipo funcional de vehículo robótico ROV con la capacidad de operar entre 500 y 750 metros de profundidad marina. Se realizó con éxito el diseño, implementación y pruebas planteadas.