Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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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 sistema automatizado de monitoreo y control de humedad y PH del regadío sobre una pila mineral para extraer oro por lixiviación(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-29) Saravia Conislla, Jean Pierre; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiLa extracción de recursos minerales por parte de las empresas mineras conlleva una inversión de recursos económicos elevados por lo que el control óptimo de dicho proceso se convierte en una necesidad primaria para la empresa puesto que permite que los recursos invertidos sean utilizados eficientemente en el desarrollo de dicho proceso a fin de obtener los mejores beneficios para la empresa. El siguiente trabajo de investigación y desarrollo tiene como desafío reducir el consumo de material lixiviante utilizado para el regadío sobre la pila de lixiviación. Se toma de muestra una hectárea, 10000m2, para realizar el trabajo de investigación. La solución propuesta se basa en el diseño de un sistema automatizado para riego por goteo controlado desarrollado en base a la plataforma de desarrollo libre Arduino Uno. El mineral que se desea extraer de la pila es el oro, se escogió este metal puesto que, conjuntamente con el cobre, son los minerales de mayor valor económico para el Perú. El objetivo principal del sistema es medir la humedad y el pH en la pila, estas variables serán las que representen a las variables del proceso. Estas emiten señales eléctricas las cuales serán procesadas para ser interpretadas por el controlador. Tanto el nivel de humedad, así como el nivel de pH son comparados con niveles de referencia, de esta manera el controlador tomará una decisión acerca del funcionamiento del actuador las cuales estarán representadas por válvulas solenoides. La operación de estas válvulas es de apertura y cierre de la misma, con la finalidad de limitar el flujo de material lixiviante que será goteada hacia la pila mineral. Además, se desarrollará un software de monitorio basado en el programa LabView, la cual permite visualizar las variables involucradas en el proceso en una interfaz gráfica. De esta manera, el usuario puede llevar un seguimiento del proceso de riego, así como conocer el estado actual de la humedad y el pH en la pila.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema automatizado de control de temperatura y de pH para mejorar la crianza de alevines de paiche de etapa 1 en el Instituto de Investigaciones de la Amazonía Peruana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-12) Farfán Quiroz, Marco Antonio Guillermo; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiLos alevines de paiche de etapa 1 (cuando miden de 2 a 7cm) son muy vulnerables ante cambios bruscos de temperatura y de pH. Así, en su hábitat natural, la tasa de mortalidad de alevinos de paiche durante esta etapa puede ser de hasta un 80% cuando no se les da un debido seguimiento a los parámetros críticos del agua. Estos parámetros pueden variar en cualquier momento del día y resulta complicado e ineficiente tener a personas haciendo mediciones de forma constante a lo largo del día para corregir los posibles cambios. Entonces se hace indispensable el uso de tecnología para hacer frente a esta problemática. Por ello, el presente trabajo tiene por finalidad diseñar un sistema automatizado de control de temperatura y de pH en la crianza de alevines de paiche de etapa 1 en los laboratorios del Instituto de Investigaciones de la Amazonia Peruana. El cuerpo del presente documento consta de cuatro capítulos. En el primero, se presenta las características del paiche para tener una mayor comprensión del contexto en el que habita y se define la problemática. El segundo capítulo describe específicamente la acuicultura del paiche, la etapa de vida en la cual se centrará este trabajo y muestra las tecnologías empleadas hasta la fecha en el ámbito de acuicultura. En el tercer capítulo se describe la propuesta de solución del presente objeto de estudio, todos los componentes a utilizar y su respectivo diseño. Finalmente, en el cuarto capítulo se hace una simulación del sistema a través de software, se muestra el alcance del trabajo y el presupuesto del mismo.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 Diseño de un prototipo de mecanismo de exoesqueleto posicionador de espalda para entrenamiento deportivo de tiro con arco(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-01-23) Mamani Aliaga, Kendy Elvis; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiLa presente tesis consiste en el diseño del prototipo del mecanismo de un exoesqueleto posicionador de espalda enfocado en contribuir con el entrenamiento deportivo del tiro con arco. Un exoesqueleto es un implemento mecánico, accionado generalmente por actuadores electrónicos o neumáticos, el cual es portado por una persona a fin de guiar su movimiento y a su vez mejorar habilidades físicas como la fuerza o motrices como la precisión del usuario. Respecto a esto se vienen realizando estudios que indican que estos mecanismos también permiten a personas con problemas o lesiones motoras acelerar la recuperación de sus habilidades motrices, por ello estos mecanismos vienen demostrando su eficacia en terapias de rehabilitación. El principio de las terapias de rehabilitación consiste en la repetición continua de determinados movimientos en el miembro afectado y precisamente estos mecanismos pueden programarse a fin de repetir infinidad de veces estos movimientos con una gran precisión. Por otro lado en el caso de personas sin problemas motores se ha demostrado que estos mecanismos contribuyen con acelerar el aprendizaje de movimientos nuevos y a su vez contribuir con la mejora de habilidades motrices como la precisión del movimiento. Igual que en el caso anterior esto se logra mediante la repetición continua del movimiento nuevo que se quiere aprender o mejorar. El tiro con arco es un deporte con gran potencial de masificación en el país, se puede practicar a cualquier edad y no requiere un biotipo en especial. Si bien esta disciplina requiere pocos movimientos durante su ejecución deben realizarse con gran precisión. Habilidad que puede desarrollarse con el uso de un exoesqueleto. Para el diseño del mecanismo se tuvieron que realizar visitas a centros deportivos de tiro con arco a fin de reconocer los movimientos característicos para dirigir el movimiento de la flecha. Se pudo reconocer que al mantener los brazos tensados al apuntar era la espalda la que permitía controlar la dirección final de la flecha. Posteriormente se realizó un modelo matemático para obtener los parámetros inerciales de un individuo con las medidas del peruano promedio. Se planteó un diseño preliminar, se reconoció la distribución de cargas sobre el mecanismo y se realizó la ingeniería de detalles para finalmente obtener los planos de fabricación del mecanismo propuestoÍtem 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 mecatrónico y simulación de una silla de ruedas multifuncional para niños entre 6 a 12 años(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-04-13) Bravo Anlas, Giancarlo; Furukawa Fukuda, Roberto SumiyoshiEn el presente trabajo se muestra el diseño de una silla de ruedas mecatrónica multifuncional. Este trabajo se enfoca a niños entre 6 – 12 años que presenten el desorden llamado Distrofia Muscular de Duchenne (DMD), aunque podrá ser utilizada por otros niños que cumplan con los requerimientos de uso. Se realizó el diseño una silla de ruedas mecatrónica multifuncional la cual es controlada mediante un joystick y diversos códigos, ingresados mediante de un teclado y un joystick, que permiten elegir la funcionalidad deseada. Las características técnicas de la silla de ruedas son: Peso de la silla 30 kg, peso máximo del usuario 20 kg, dimensiones 866 x 746 x 1237 mm, velocidad máxima 5.4 km/h, distancia máxima 10 km, pendiente máxima 12°,controlador Arduino Mega 2560 y usará 2 baterías de 50Ah, Finalmente, se obtuvo un precio estimado de fabricación de $2110; si bien este precio no representa el costo final de comercialización, nos da una idea de la factibilidad su comercialización debido a que este precio está muy por debajo del valor mínimo de sillas de ruedas comerciales que ofrezcan funciones similares ($6900).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.