Ingeniería Mecatrónica (Lic.)
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Ítem Texto completo enlazado 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.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de exploración remoto de potenciales riesgos para minería subterránea(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-12) Vela Noriega, Bryan Edinson; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiEl presente trabajo tiene como objetivo diseñar un sistema que ayude a evaluar los peligros que existen dentro del campo de la minería subterránea y resaltar el índice de accidentabilidad que tienen sobre todo los proyectos de exploración. Esto es consecuencia de que aún no se ha logrado implementar el uso de la tecnología adecuada para las inspecciones de rutina, que sean capaces de detectar potenciales peligros, principalmente centrándonos en casos de ventilación deficiente, identificado por la concentración de oxígeno, altos niveles de radiación, ocasionada por ciertos gases tóxicos, entre este el radón; y finalmente posibles deslizamientos y derrumbes dentro del lugar de operaciones en minería subterránea. La presente tesis se centra en el diseño de un vehículo híbrido terrestre-aéreo no tripulado, que pueda desarrollar las labores de exploración de rutina y que sea controlado a distancia por un operario. El vehículo, debe estar equipado con los sensores y actuadores para el correcto movimiento sobre el entorno difícil, además para la adquisición de datos relevantes que a veces pasan desapercibidos por el sentido humano. Se precisa una autonomía del sistema de 1 hora como mínimo. Se logró cumplir con los objetivos planteados para este proyecto, logrando así un vehículo hibrido de autonomía de desplazamiento terrestre de una hora aproximadamente y 10 minutos de autonomía para desplazamiento aéreo, este siendo usado en puntuales ocasiones. Se logro un diseño estructural adecuado para las condiciones de trabajo, así como, el correcto arreglo de diversos módulos de potencia, arreglo de sensores, controladores y motores eléctricos, para lograr un óptimo control de ambos módulos de desplazamiento. De la misma forma, se estableció un sistema adquisidor y transmisor de datos para el vehículo, de manera que se puedan ser notificados de los peligros de manera oportuna para el operador.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un dron para prevención de plagas y enfermedades en el cultivo del mango en la región Piura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-07-10) Euribe Vargas, Andree Alonso; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiLa agricultura en el Perú es una de las principales actividades económicas que impulsan el desarrollo del país, también se resalta su relevancia por producir el 70% de los alimentos que se consumen. Dentro de los alimentos que provee se encuentra el mango, el cual ha registrado un alto crecimiento entre los cultivos de fruta posicionándose como el cuarto producto más importante del sector agroexportador. Sin embargo, es necesario un seguimiento constante al cultivo pues, de lo contrario, podría dañarse ante la presencia de plagas y/o enfermedades, así como la falta de irrigación o abono. No obstante, este seguimiento requiere de gastos innecesarios tales como el personal destinado a recorrer todo el cultivo y los elementos químicos usados para fumigación. En el presente trabajo se plantea el diseño de un Vehículo Aéreo no Tripulado (VANT) que pueda ayudar a incrementar la producción del mango en nuestro país y a su vez su calidad se vea beneficiada. Este VANT sobrevolará por el área de un cultivo predeterminado y con imágenes espectrales se podrá determinar qué parte del cultivo se encuentra dañado, posteriormente realizará una inspección al cultivo dañado, tomando fotografías a los árboles y a la zona, para poder determinar de qué plaga o enfermedad se trata. De esta manera, se ayudará a reducir los costos y el agricultor podrá tomar las acciones necesarias para poder erradicar el daño, permitiendo aplicar elementos químicos solo en el área localizada.Ítem Texto completo enlazado Perforadora de rocas teleoperada para la minería profunda, con control autónomo del brazo hidráulico en un grado de libertad(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-02) Mendoza Fuente, Piero Fabrizzio; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiLa perforación y voladura de rocas son procedimientos muy importantes en la minería subterránea para la extracción de minerales, es por esta razón que es importante que estos procedimientos se realicen correctamente, de forma que sean eficientes y brinden la seguridad necesaria para el operario. Casi la mayoría de los jumbos hidráulicos y neumáticos en el mundo son operados manualmente, y en el Perú, ninguna empresa minera tiene como activo una perforadora automática o teleoperada. Esto genera riesgos para su salud, por el riesgo de derrumbes y agentes tóxicos en el ambiente; y además la repetitividad del trabajo depende directamente de la experiencia del operador. Con este fin se han seleccionado los sensores y actuadores para la teleoperación de la maquinaria y el control del brazo perforador en un grado de libertad, tomando como referencia el jumbo hidráulico Boomer 282, del fabricante Atlas Copco. La selección de este modelo fue para poder probar que se puede realizar un control remoto de cualquier maquinaria con mandos manuales. El sistema cuenta con sensores lineales para medir la carrera de los cilindros hidráulicos, un sistema anti-colisión, cámaras para la visión de operador a distancia y control automático de la posición del brazo perforador para su movimiento vertical. El resultado es el vehículo teleoperado por medio de WiFi y con el control del movimiento vertical de su brazo perforador, así como el control electrónico de las funciones de perforación por medio de válvulas electrohidráulicas y controladores.Ítem Texto completo enlazado Diseño de una prótesis de antropomórfica de mano para pacientes con amputación transradial basada en materiales viscoelásticos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Vargas Calixto, Carlos Alberto Johann; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiEn la presente tesis se propone, el diseño mecatrónico de una prótesis de mano, para pacientes con amputación transradiaL la cual pennitirá al usuario el control de esta nueva extremidad por medio de una mterfuz de electroencefulogra:fia que predecirá las acciones y deseos del usuario y comunicándose con el controlador de la prótesis llevará a cabo dicha tarea. El presente diseño ha sido basado en estudios antropomórficos y biomecánicos de la mano humana. Consideraciones, cálculos, comparaciones y justificaciones son presentados en el presente documento. Así se logró un diseño capaz de someterse hasta 1 O kgf de carga con sólo una masa de aproximadamente 800 gr. Además el tiempo de cerrado de la mano es de 0.33 s, siendo un prototipo rápido con una velocidad comparable a la mano humana . Así mismo, el sistema electrónico de la prótesis fue diseñado para optimizar el ahorro de energía y controlar sólo las variables necesarias para el buen funcionamiento del conjunto. Las variables a controlar son justificadas de acuerdo al diseño mecánico propuesto. Además, el sistema se divide en tres dispositivos independientes: una interfuz cerebro máquina, que adquirirá las señales eléctricas producidas en la superficie del cerebro para la interpretación de la acción a realizar; un dispositivo Smartphone de alto rendimiento, que procesará la señal adquirida, realizando el :filtrado y reconocimiento de patrones; y la prótesis propiamente dicha, la cual recibe los parámetros del anterior procesador y controla las salidas actuadas, por medio de un lazo de control realimentado con sensores de posición y fuerza. Finalmente, se proponen filtros digitales de orden ocho para el preprocesamiento de la señal los cuales otorgarán una atenuación de paso de 0.5 dB y una atenuación de corte de 40 dB, así como un algoritmo de reconocimiento de patrones basado en redes neuronales y aprendizaje autónomo. La presente tesis no desarrolla los parámetros exactos de este sistema de reconocimiento y aprendizaje, pero sí propone una secuencia de algoritmos que permitirá llegar al controlador óptimo de la prótesis. Esta limitante se debe a la necesidad de la obtención de estos parámetros por medio de iteraciones de prueba y error.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un manipulador hápticoteleoperado para la exploración marina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Ángeles Dávila, Miguel Adolfo; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiEn el presente trabajo se diseñó un prototipo de brazo robótica háptico teleoperado de 4 grados de libertad para la exploración marina hasta una profundidad máxima de 500m. Se diseñó el brazo robótica esclavo en un software de diseño, se analizó la estática y dinámica de dicho robot y se realizaron análisis de esfuerzos en los principales componentes. El robot tendrá un alcance máximo de 900mm y contará con sensores de posicionamiento y fuerza para el control de posición y fuerza. Además el brazo robótico contará con una cámara cerca al efector final con el motivo de tener una mejor visión para el operador. El trabajo incluye también el diseño del manipulador maestro que será controlado por el operador y que incluirá una realimentación de fuerza (force feedback). Se escogieron los motores y controladores indicados para el correcto funcionamiento del robot así como el tipo de comunicación que tendrá el robot con el computador. En el primer capítulo se presentará la problemática actual de los manipuladores robóticos submarinos, los cuales en su mayoría son hidráulicos y el costo de operación de dichos robots son altos. En el segundo capítulo se mencionarán los requerimientos físicos-mecánicos, requerimientos electrónicos y requerimientos de control del robot. Además se presentará el concepto de solución del sistema mecatrónico que será una alternativa de solución a la problemática presentada. En el tercer capítulo presentará el sistema mecatrónico completo. Se explicará el diagrama de funcionamiento del sistema mecatrónico, los sensores y actuadores presentes en el trabajo, planos de ensamble de los manipuladores, diagramas de circuitos y el diagrama de control del sistema mecatrónico. En el cuarto capítulo se presentará el presupuesto total del proyecto, el cual incluirá el presupuesto de los componentes mecánicos y electrónicos. Por último en el quinto capítulo se presentarán las conclusiones obtenidas del proyecto.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un cuadricóptero para transporte de medicina en la Amazonía peruana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Paredes Salazar, Juan Augusto; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiSe propone el diseño de un vehículo aéreo no tripulado del tipo cuadricóptero (UAV que posee cuatro propulsores que permiten el impulso del sistema) que pueda sobrevolar la Amazonía peruana con el propósito de realizar envíos de medicina a poblados aislados que requieran de este servicio. Se requerirá que el cuadricóptero sea capaz de transportar una carga de un máximo de 2 kilogramos y que posea un tiempo de vuelo estabilizado de aproximadamente 30 minutos. La carcasa de este vehículo aéreo deberá ser capaz de soportar las fuerzas ejercidas por cada uno de los cuatro propulsores del vehículo y el peso de la carga y de sus componentes electrónicos, y deberá ser lo más ligera posible para disminuir el requerimiento de energía de dichos propulsores. Aparte, los sensores deberán permitir determinar la posición global del cuadricóptero y la orientación del cuadricóptero con respecto a los ejes principales para poder controlar la dirección de propulsión del sistema. También, se requerirá que el sistema de control mantenga al cuadricóptero en un estado de vuelo estabilizado para evitar que la medicina a transportar sea sometida a turbulencias y que permita alcanzar posiciones en el espacio lo más rápido posible. Finalmente, debido a las precipitaciones que se presentan en esta zona, el cuadricóptero deberá ser capaz de soportar la repentina caída de lluvia, a pesar de que el vuelo durante estas condiciones no sería recomendado. El documento de tesis se encuentra dividido cinco capítulos. En el primer capítulo, se explicará más a detalle sobre la motivación que justifica el proyecto propuesto. En el segundo capítulo, se expone el diseño preliminar del proyecto, para lo cual, se expone sobre la definición del cuadricóptero, el estado del arte de este dispositivo, los objetivos y requerimientos del proyecto, un estudio de las opciones de diseño propuestas a partir de la metodología de diseño de productos VDI y finalmente se propone el diseño óptimo del proyecto. En el tercer capítulo, se expone sobre el diseño del sistema mecatrónico propuesto, en que se expone un resumen del sistema, una descripción del sistema de propulsión y detalles sobre el diseño mecánico, electrónico y de control considerados para cumplir con los requerimientos planteados en el segundo capítulo. En el cuarto capítulo, se presentan los costos que se tendría que cubrir para llevar a cabo el proyecto propuesto. Finalmente, en el quinto capítulo, se presentan las conclusiones obtenidas tras haber concluido el diseño de este proyecto. Aparte, al final del documento se presenta la bibliografía empleada en el desarrollo de esta tesis y los anexos que permitirán explorar más a fondo algunos temas mencionados a lo largo de este documento.Ítem Texto completo enlazado Diseño de acople mecatrónico para automatización de sillas de ruedas convencionales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-24) Campos Verdi, Kiara Jesenia; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiEn la actualidad se estima que 73 millones de discapacitados necesitan el uso de una silla de ruedas. Además, el 80% de ellos viven en países de bajos recursos, por lo cual les es más difícil conseguir una silla de ruedas eléctrica cuyo precio en el mercado es de $1000 en adelante, aproximadamente 12 veces el costo de una convencional. A pesar de su precio económico, las sillas de ruedas manuales poseen desventajas de eficiencia de impulso aprovechado para el movimiento y sobre exige los músculos del pecho y hombro para lograr el movimiento. Es por lo anterior que este trabajo tiene como objetivo el diseño de un acople mecatrónico para sillas de ruedas convencionales con el fin de automatizarlas. Además, contará con un mando adicional cuyo uso podrá ser alternado con el del joystick para tener una mayor libertad en las manos. De esta forma, el usuario podrá tener una silla de ruedas eléctrica a un costo menor lo cual es conveniente sobre todo en los sectores económicos B y C. El mando adicional mencionado será una banda que sujetará el celular del usuario la cual se pondrá a la altura del abdomen del usuario. El celular enviará la inclinación que posee respecto a los ejes x, y, z por Bluetooth al microcontrolador la cual se traducirá en instrucciones para el movimiento de la silla de ruedas. Al controlarse de esa forma, el usuario ejercitará la zona abdominal, actividad recomendada para rehabilitación.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de estabilización para un vehículo submarino autónomo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-12-09) Zevillanos Begazo, Christian Giovanni; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiActualmente, es preocupante que el Perú invierta solo el 0.15% del PBI para la investigación y desarrollo tecnológico considerando que el promedio en América Latina es de 0.7% [1]. Es por ello, la importancia de ser un país que no solo exporte materia prima, sino también conocimientos y nuevas tecnologías [2]. Esta tendencia nacional influye en los diferentes sectores empresariales, en este caso, innovación y desarrollo para el uso de vehículos subacuáticos autónomos (AUV). Por tal motivo, se presenta el diseño de un sistema de estabilización para un AUV, el cual es capaz de estabilizar los giros en el eje Y (pitch), los giros en el eje Z (yaw) y la profundidad. Este sistema permite que el AUV mantenga el vector dirección y la profundidad dados por el módulo generador de trayectoria existente en el sistema, controlando así los motores de los timones verticales y horizontales ubicados en la cola del AUV. Esto se logra por medio de un controlador PID, el cual se conseguirá por medio de la simulación de un modelo matemático con los parámetros propios del vehículo.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un exoesqueleto para rehabilitación de miembro superior accionado por una interfaz cerebro - máquina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-25) Mio Zaldívar, Renato Alonso; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiUno de los temas de creciente preocupación en la actualidad es el envejecimiento de la población mundial. Solo para el 2020, 13 países podrán ser considerados “súperenvejecidos” (aquellos con 20% o más de habitantes de edades mayores a 65 años), mientras que para el 2030 se sumarán otros 21 a la lista [1]. El Perú no está excluido de este fenómeno demográfico, ya que según estadísticas se estima que entre el 2015 y el 2050 el porcentaje de la población mayor de 65 años se incrementará de 6.38% a 15.69% [2]. Uno de los sectores donde el impacto será más notorio es la medicina, ya que diversas dolencias son más frecuentes en la tercera edad. Esta disciplina deberá adecuarse y buscar métodos más eficientes de atención para dar abasto a la creciente demanda. Ante esta problemática, los países más avanzados en el campo de la tecnología están empezando a dar soluciones eficientes a los problemas médicos desde el campo de la robótica y la biomecatrónica. En este ámbito, prótesis robóticas, exoesqueletos de asistencia y rehabilitación, y equipos robotizados para cirugía son algunos de los avances en el campo que prometen alcanzar óptimos resultados. En particular, los exoesqueletos suelen ser usados en la rehabilitación de pacientes con trastornos neuromusculares, como quienes han sufrido de accidente cerebrovascular o lesión de la médula espinal. Este trabajo tiene como objetivo presentar el diseño de un exoesqueleto para brazo con tres grados de libertad, tal que el usuario realice dos tipos de movimientos del hombro (flexión-extensión y abducción-aducción) y la flexión del brazo por la rotación de la articulación del codo. El exoesqueleto estará orientado a la rehabilitación de miembro superior en quienes han sufrido accidente cerebrovascular. El accionamiento del mecanismo será por señales cerebrales obtenidas por una interfaz cerebro-computadora no invasiva. De este modo, cuando el usuario piense en realizar un movimiento con el brazo (asociado a una actividad de la vida diaria), accionará los actuadores y se ejecutará un movimiento predeterminado dentro de un volumen de trabajo seguro. El movimiento contribuirá a la rehabilitación de la misma manera en que se hace con asistencia humana, pero agregando el que el paciente siempre participe activamente, lo cual es un factor motivante que puede estimular a que el paciente concientice el movimiento y estimule la plasticidad del cerebro para la recuperación de su discapacidad. En el capítulo 1 se presenta la problemática asociada con quienes han sufrido de accidente cerebrovascular y requieren de un tratamiento de rehabilitación. En el capítulo 2 se presentan un estudio del estado del arte en exoesqueletos e interfaces cerebro-computadora. En el capítulo 3 se presentan los requerimientos con los que debe cumplir y algunas características deseables para el exoesqueleto, seguidas del concepto óptimo que daría solución a la problemática. En el capítulo 4 se presentan los componentes y planos del diseño mecánico y electrónico, y los diagramas de flujo correspondientes al sistema de control. En el capítulo 5 se presentan los costos de cada componente mecánico y electrónico, así como el precio total de un prototipo del diseño presentado. En el capítulo 6 se presentan las conclusiones con respecto a este trabajo.