Facultad de Ciencias e Ingeniería
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Ítem Texto completo enlazado Extremidades robóticas supernumerarias para asistencia en actividades de cocina en restaurantes(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-12) Oshiro Kohashikawa, Bruno Gonzalo; Mio Zaldivar, Renato AlonsoSe sabe que en un restaurante uno de los factores más importantes es el tiempo, tanto para la preparación de los alimentos como la atención a los clientes. En particular, para ayudar a los cocineros a reducir sus tiempos en la cocina se busca el desarrollo de un sistema que realice tareas simples y/o repetitivas en lugar de ellos. Por ello, en este documento se presenta el diseño de un sistema que utiliza extremidades robóticas supernumerarias (supernumerary robotic limbs, SRLs por sus siglas en inglés) con la intención de ayudar a los cocineros a reducir sus tiempos en la cocina. El sistema fue diseñado para ayudar en las tareas de mover la cuchara en la olla y secar los platos. Se utilizó la metodología del libro “Design Methodology for Mechatronic Systems: An Approach Using Function/Means Tree and Channel/Agency Net” para el diseño conceptual, diseño mecánico, diseño eléctrico-electrónico y diseño del sistema de control. El sistema SRLs está compuesto por una interfaz mecánica que se coloca alrededor de la cintura y permite unir dos brazos de 5 GDL cada uno al cuerpo de la persona. Los brazos y partes del soporte de cintura son fabricados de nylon. Los efectores finales de cada brazo son gripper robóticos de tres dedos, a los cuales se les ha colocado sensores de fuerza resistivos en los dedos para medir la fuerza con la que se toman los objetos. Las SRLs son impulsadas por servomotores Dynamixel y una batería de ion de litio se encarga de su alimentación. El movimiento del sistema se da siguiendo una trayectoria que el usuario grabará previamente utilizando una aplicación de Smartphone que se conecta con las SRLs mediante bluetooth y moviendo físicamente las SRLs por la trayectoria deseada. Asimismo, el usuario controla el movimiento de las SRLs con una combinación de movimientos del pie y botones e interruptores ubicados sobre la interfaz mecánica. Los movimientos del pie son medidos por un sensor inercial ubicado sobre el empeine. El diseño planteado en esta tesis se enfoca en una aplicación novedosa de la tecnología SRL y presenta una herramienta con potencial para reducir los tiempos de cocina del usuario. Para un trabajo futuro, se deben considerar características como la versatilidad para realizar más actividades o la autonomía del sistema para no depender enteramente de los comandos del usuario. Las SRLs pueden ser de gran ayuda no solo en el ámbito de la cocina, sino en muchos más sectores.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de prótesis de antebrazo y muñeca de 3 grados de libertad con actuadores de soft robotics(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-12-12) Chero Arana, Brian Alberto; García Sulca, José GustavoEl presente trabajo presenta una prótesis de antebrazo que integra elementos de soft robotics para lograr una prótesis de muñeca capaz de mover una mano con tres grados de libertad, al igual que su contraparte real. Inicialmente se realizó un estudio previo para identificar los movimientos de una muñeca a emular y recopilar modelos existentes de prótesis de antebrazo como parte del estado del arte. A partir de esto se propuso un diseño de prótesis de antebrazo capaz de emular dichos tres movimientos de la muñeca mediante la integración de músculos artificiales neumáticos y otros componentes electrónicos. A continuación, se procedió a realizar el diseño definitivo del sistema. Para ello se realizó una lista de los componentes requeridos en cuanto a sensores, actuadores y controladores. Por cada componente se recopilaron posibles modelos comerciales disponibles, y se seleccionó el más adecuado teniendo en cuenta las características deseadas según las condiciones de trabajo. Además, se realizó el modelado de la estructura de la prótesis y de los subsistemas involucrados mediante el software de diseño mecánico Autodesk Inventor. La prótesis de antebrazo desarrollada es un dispositivo portátil capaz de trabajar de manera continua por aproximadamente 6 horas, el cual cuenta con todos los elementos requeridos para realizar las tareas deseadas. Por último, se estima el costo total de la prótesis, incluyendo el costo de sus componentes electrónicos y mecánicos, elementos de pernería y cableado, y su manufactura, obteniendo un total de S/. 2222.30, el cual aumenta a S/. 10522.30 al incluir costos de diseño y ensamble. Además, se realizan simulaciones acerca del comportamiento del sistema mediante el uso de software como Autodesk Inventor o la herramienta de simulación ANSYS. Del mismo modo, se exploran las pruebas experimentales requeridas para validar el funcionamiento de un músculo artificial para futuras pruebas experimentales de este elemento.Ítem Texto completo enlazado 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 EduardoLa 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 mecatrónicoÍtem Texto completo enlazado Algoritmo de estimación de pose orientado a la inicialización de un sistema de realidad aumentada basado en modelos 3D aplicado al patrimonio cultural(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-06-05) Rodríguez Oceda, Ricardo Moisés; Castañeda Aphan, BenjamínLa estimación de pose a partir de modelos 3D es un problema muy común dentro de las aplicaciones de robótica, tales como la realidad aumentada, la detección de objetos, el modelamiento 3D fotorrealista, entre otras. Dicha estimación consiste en la obtención de los parámetros extrínsecos de una cámara (posición y orientación) en un sistema de coordenadas determinado, a partir de una imagen capturada por dicha cámara, los parámetros intrínsecos de la misma y el modelo 3D del objeto o escena que se quiera detectar. La realidad aumentada aplicada al patrimonio cultural pretende mejorar la experiencia de aprendizaje en lugares arqueológicos. En estos sistemas se emplea diferentes métodos para estimar la posición de la cámara; estos pueden ser basados en la detección de bordes, la detección de puntos característicos, entre otros. La elección del método a emplear depende de las características que posea el escenario a ser detectado. En este trabajo se realizó un estudio de los principales métodos de estimación de pose basados en modelos 3D. Asimismo, se presenta la implementación y validación de un algoritmo de estimación de posición, orientado a la inicialización de un sistema de realidad aumentada basado en modelos 3D aplicado al patrimonio cultural, particularmente en este trabajo, la Huaca de la Luna. El desarrollo de este sistema presenta una metodología de diseño compuesta por diferentes bloques. En cada bloque se seleccionaron diferentes algoritmos, los cuales fueron evaluados tomando en consideración los valores de precisión y exactitud de los resultados de Rotación y Traslación, obtenidos por cada uno de ellos. De esta manera se llegó a una solución robusta y eficiente.Ítem Texto completo enlazado 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).Ítem Texto completo enlazado Sistema de asistencia para personas cuadripléjicas que permite la manipulación de un mecanismo robótico mediante la voz(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-11-18) Escalante Zelada, Joel Eduardo; Angulo Salas, Antonio LincolnEn la actualidad, la cuadriplejia resulta ser uno de los padecimientos más difíciles de afrontar, al ser una discapacidad irreversible, la cual implica la inmovilización de miembros superiores e inferiores, ocasionando un alto impacto en la vida de un ser humano. El resultado de esta patología influye en la dependencia de una segunda persona, generándole sentimientos de inferioridad, perdida de su intimidad y sobre todo aislamiento social. Dada la existencia de esta patología, diversas instituciones han desarrollado soluciones que a la actualidad han demostrado que una persona con padecimiento de cuadriplejia puede tomar el control de diversos dispositivos usando medios alternativos, como el movimiento ocular, señales electroencefalográficas u órdenes verbales resultando atractivo para su desarrollo tecnológico. El presente proyecto de investigación se centra en la creación de un sistema de asistencia robótica basado en el control por voz que, a diferencia de otros, tiene un óptimo funcionamiento sin la limitación de estar conectado a un ordenador y/o a internet, siendo un sistema fácilmente transportable y adaptable a cualquier entorno en el que se encuentre el discapacitado. Con la ayuda de este sistema, el usuario podrá tener el control de un mecanismo robótico, con el cual ejecutará acciones que normalmente son realizadas por una segunda persona. Adicionalmente, se presentará la simulación del sistema y sus resultados al evaluar su performance y su funcionalidad con respeto al ayudar a personas que padecen de cuadriplejia ya sea en la realización independiente de ciertas actividades de su vida cotidiana, como asearse o alimentarse. Este proyecto sumará también a la labor de diversos especialistas enfocados en ayudar psicológicamente a las personas con padecimiento de cuadriplejia, cuya esencia se basa en mejorar su autoestima, su inserción en la sociedad y sustancialmente su calidad de vida y de los que lo rodean.Ítem Texto completo enlazado Integración de un sistema robótico asistencial controlado mediante una interfaz cerebro computador para personas con discapacidad motora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-12-12) Pirca Cárdenas, Jairo Jener; Achanccaray Díaz, David RonaldLa calidad de vida de una persona que sufre alguna discapacidad motora hoy en día depende de muchos factores. Entre ellos los más importantes son el factor económico, familiar y emocional. La discapacidad motora es la incapacidad de controlar los músculos del cuerpo. Esta hace de la persona con discapacidad dependiente de otra persona. En la actualidad existen tratamientos físicos, psicológicos que contribuyen a mejorar la calidad de vida, pero esto no evita la que sigan siendo dependientes de otras personas. En este contexto, la presente tesis, desarrolla la implementación de un sistema robótico que devuelve la autonomía parcial a una persona con discapacidad motora para permitir a las personas realizar algunas labores cotidianas. En la presente tesis se describe entonces las tecnologías, mecánica, eléctrica, control e informática para la correcta implementación del sistema robótico, donde las principales partes del sistema son: brazo robótico, casco con electrodos pasivos, pantalla de interacción, cámaras HD. Con el fin de determinar si la implementación de sistema robótico tuvo éxito, se realizan pruebas con personas sanas, teniendo resultados satisfactorios después de las sesiones de entrenamiento y de experiencia con el sistema robótico.Ítem Texto completo enlazado Sistema robótico Hokuto(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-03-09) Asto Poma, Jack Angus; Cuéllar Córdova, Francisco FabiánCon el fin de reducir los principales riesgos presentes en la Cirugía Abierta y la Cirugía Mínimamente Invasiva (CMI), así como las dificultades relacionadas con la micro-manipulación se ha desarrollado el Sistema Robótico HOKUTO, el cual tiene la capacidad de manipular, con un alto grado de precisión, objetos, tejidos u otro tipo de materias físicas cuyas dimensiones sean inferiores a 1 cm. La estructura del sistema está compuesto por tres partes principales: el micromanipulador, la unidad de accionamiento, y el soporte principal. El micromanipulador es un brazo robótico, con forma cilíndrica y de tamaño milimétrico, con un radio de aproximadamente 5mm. El micro-manipulador cuenta con una gran movilidad y destreza de movimiento gracias a todos los grados de libertad (GDL) con los que cuenta: 4 GDL en la muñeca para su desplazamiento dentro de su espacio de trabajo y 1 GDL en el efector final para la sujeción de objetos. La unidad de accionamiento es utilizado para el almacenamiento de todos los actuadores empleados en el sistema, los cuales generan y transmiten el movimiento hasta el micro-manipulador, a través de un arreglo de poleas y cables. El soporte principal sujeta la unidad de accionamiento y almacena todos circuitos eléctricos, así como, la fuente de alimentación. La instalación del sistema se realiza a través del soporte principal, el cual se fija a una superficie horizontal por medio de tornillos, así mismo, cuenta con un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) conectada a una tomacorriente industrial, el cual permite al sistema seguir funcionando aun cuando se produzcan apagones o fallas en la fuente principal de energía. El sistema requiere de un operario capacitado para su uso. El control se realizará desde una computadora personal (PC), a través del software Microsoft Visual C++, el cual permitirá controlar cada movimiento del robot de forma independiente y proporcionará retroalimentación sobre la posición de cada una de las articulaciones del micro-manipulador en tiempo real. Cada uno de los componentes mecánicos del sistema estará fabricado en acero inoxidable 316, lo cual permitirá utilizarlo como una herramienta de inspección en Cirugía Robótica Mínimamente Invasiva (CRMI).Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de un módulo electrónico para la enseñanza del área de ciencia, tecnología y ambiente en la educación secundaria peruana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-06) Suazo Canchanya, José Antonio; Callupe Pérez, Rocío LilianaActualmente en el Perú el uso de la tecnología para la educación se ha dado con tecnología importada de manera específica para el área de Ciencia, Tecnología y Ambiente (CTA). La problemática de esta situación es que son tecnologías que muchas veces no toman en cuenta la realidad de la educación en el país y esto puede influir en los bajos o lentos resultados que saltan a la vista sobre la mejora en la educación peruana. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo de tesis es el desarrollo de un módulo electrónico para la enseñanza del área de ciencia, tecnología y ambiente en la educación secundaria peruana que permita incrementar el interés en ingeniería de los adolescentes de los tres últimos años de educación secundaria a través del estudio y uso de subsistemas electrónicos. Para alcanzar el objetivo se trabajó en evaluar las distintas tecnologías utilizadas alrededor del mundo para la robótica educativa, que pueden ser de apoyo en el aula o como herramientas para las competencias de robótica y se encontró varios logros obtenidos en otros países como Uruguay con el “Proyecto Butiá”, en Argentina con el robot “Múltiplo” y los avances en este tema en Europa y Iberoamérica. Para el desarrollo del módulo electrónico educativo de este trabajo de tesis se tomaron tres etapas: primero, una de aprendizaje básico de electrónica; segundo, un diseño de un módulo electrónico general; y la implementación de tres proyectos aplicativos. Los resultados obtenidos se basaron en el desarrollo de un Taller de Electrónica a 12 alumnos de 3er, 4to y 5to grado de educación secundaria del IEP San Martín de Porres en el periodo educativo 2014, y se comprobó la hipótesis planteada en este trabajo, que pruebe que el rendimiento educativo en CTA de los alumnos del colegio San Martin de Porres está en función de su desempeño en un Taller de Electrónica, donde diseñan e implementan un módulo de electrónica. Así lo muestran los resultados del mejor rendimiento de los alumnos en el curso de CTA comparando datos de notas del 2013 y 2014, donde se incrementó la nota media de 15.42 a 16.92 en un rango de 1 a 20 y una desviación estándar que disminuyo de un valor de 1.31 a 0.79. Finalmente, la conclusión más importante es que un Taller de Electrónica para estudiantes de 3er, 4to y 5to grado de educación secundaria del IEP San Martín de Porres de año lectivo 2014, donde la implementación del Módulo electrónico para la enseñanza de temas relacionados a la electrónica influyó positivamente en el interés en el área de Ciencia Tecnología y Ambiente porque incorporó un aprendizaje activo a través del uso de herramientas electrónicas de fácil acceso.Ítem Texto completo enlazado Exoesqueleto robótico de miembro superior para la asistencia de carga y prevención de lesiones músculo-esqueléticas en trabajadores de construccción civil(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-08-26) Mendoza Quispe, Arturo; Cuéllar Córdova, Francisco FabiánEl desarrollo de varias tecnologías ha permitido que hoy en día los exoesqueletos robóticos sean una realidad, siendo actualmente usados en distintas áreas de trabajo; sin embargo, éstos aún presentan ciertas limitaciones, como por ejemplo, restringir el desplazamiento del usuario si éstos están fijos a soportes. Por otro lado, el tipo de trabajo que realiza el trabajador de construcción civil, como la carga y transporte de elementos de construcción, lo pone en una situación de predisposición a sufrir lesiones como fracturas, esguinces y diversos trastornos músculo-esqueléticos. El presente proyecto consiste en el diseño de un exoesqueleto de miembro superior que alivie el esfuerzo en el transporte de carga y disminuya los riesgos a la salud de los trabajadores de construcción civil. Se presenta una solución de un exoesqueleto pasivo que utiliza el mecanismo kickstart ratchet –mecanismo que permite el movimiento rotacional en tan sólo un sentido y que utiliza los dientes de engrane en las caras planas de los discos en contacto para distribuir el torque entre todos los dientes de la pieza-, para poder soportar la carga aplicada por largos períodos de tiempo sin la necesidad de un suministro eléctrico permanente. Este diseño es ergonómico y permite un uso continuo y prolongado, es seguro para el usuario, compacto y fácil de transportar, es autónomo y no limita del desplazamiento del usuario. Así mismo, previene lesiones musculo-esqueléticas a través de la corrección de la postura del usuario, distribuyendo la carga uniformemente en la posición óptima. Además, resulta en una alternativa más económica que el costo que implica una lesión músculo-esquelética debido a las horas-hombre perdidas, gasto en medicamentos, tiempo invertido en fisioterapia, hasta inclusive posibles demandas a la empresa responsable. Finalmente, se espera que gracias al uso del exoesqueleto robótico, el trabajador de construcción civil pueda aumentar su eficiencia laboral al ser capaz de cargar y transportar un mayor número de elementos en un mismo período de tiempo que si no contara con el exoesqueleto, puesto que presentaría menos cansancio.