Tesis y Trabajos de Investigación PUCP

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    Modelación y simulación dinámica de un mecanismo paralelo para un tobillo protésico de 3 grados de libertad
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-07) Abarca Pino, Victoria Elizabeth; Elias Giordano, Dante Ángel
    La creación de modelos matemáticos precisos para mecanismos paralelos es compleja debido a la naturaleza de su cinemática y dinámica. Los mecanismos paralelos, a diferencia de los mecanismos en serie, tienen múltiples cadenas cinemáticas que trabajan en conjunto, lo que complica su análisis y modelación. El objetivo central de esta investigación es la modelación dinámica para un diseño conceptual de un mecanismo paralelo para un tobillo protésico de tres grados de libertad. La metodología aplicada inicia con un análisis detallado que va desde el estado del arte en biomecánica del tobillo, un resumen de los fundamentos teóricos de la cinemática y dinámica inversa de mecanismos paralelos, un modelo matemático que describe la cinemática y la dinámica inversa del mecanismo propuesto, así como el diseño, la construcción y la evaluación de un primer prototipo de mecanismo paralelo. Esta investigación desarrolla un modelo del mecanismo paralelo 2SPU-1RU para tobillo protésico con tres grados de libertad, empleando el Principio de Trabajo Virtual y una metodología propia para la obtención de resultados en cinemática y dinámica inversa a través de un algoritmo computacional implementado y validado en MATLAB R2022b, el modelo se contrastó con un prototipo físico a través de cuatro experimentos prácticos abarcando movimientos de plantarflexión-dorsiflexión, eversión-inversión, abducciónaducción y una combinación de estos. La precisión del modelo se evidenció entre los resultados experimentales y los calculados, aunque se observaron diferencias en la amplitud y respuesta temporal entre el prototipo y la modelación. Los errores de modelado variaron según el tipo de actuador y movimiento, con un máximo de 24,24% en el actuador rotatorio durante los movimientos combinados. Este análisis detallado no solo valida la eficacia del modelo propuesto, sino que también enfatiza la importancia de la configuración específica del mecanismo paralelo 2SPU-1RU en el contexto de prótesis de tobillo. La elección de esta configuración representa un aporte conceptual significativo al estudio de la articulación del tobillo protésico, ofreciendo una nueva perspectiva en el diseño de mecanismos paralelos adaptados a la biomecánica del tobillo.
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    Design and investigations on soft tensegrity structures with magnetic actuation
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-31) Avila Mañuico, Eder Jhoel; Rodriguez Hernandez, Jorge Antonio
    Las estructuras de tensegridad suave están compuestas por elementos flexibles de elastómeros, que cumplen las funciones de piezas de tensión y compresión. También es posible tener elementos elastómeros que se vean afectados por fuerzas magnéticas, al añadir partículas ferromagnéticas a su composición. Esto abre la posibilidad de accionar una estructura de tensegridad blanda a través de fuerzas magnéticas que pueden afectar algunas partes de la misma. La presente tesis desarrolló un prototipo de mecanismo para accionar magnéticamente una estructura lineal de tensegridad blanda. Para lograr este movimiento, en primer lugar, se propuso un movimiento oscilante angular para una estructura de tensegridad lineal, y se estableció la configuración de los elementos de tensión pretensados. A continuación, también se explica en detalle el proceso de fabricación, teniendo en cuenta los cálculos por lotes, las consideraciones del molde y los pasos individuales de la fabricación de elementos de elastómero. Finalmente, se diseñó un mecanismo impulsor para accionar la estructura de tensegridad suave, y también se consideraron los cálculos cinemáticos del mecanismo.
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    Boya de salvamento automatizada para rescates en naufragios
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-11) Gago Fuentes, Jim Enrique; Madrid Ruiz, Ericka Patricia
    El sector turístico marítimo a nivel mundial se ha incrementado significativamente en los últimos años. Por lo tanto, la demanda de tener mayores opciones de seguridad dentro de las embarcaciones ha tenido que ser mejorada continuamente. Dentro de las alternativas de servicio al cliente, los cruceros deben tener un sistema adecuado de evacuación en caso de naufragio. El sistema tradicional de evacuación a veces demora tanto que por más seguros que sean botes salvavidas no son suficientes para evitar que las personas salten a mar abierto antes que el proceso concluya. En este escenario se identificó que estas personas tienen poca probabilidad de sobrevivir debido a que pueden desaparecer por las fuertes corrientes o bien ahogarse. Por tanto, el presente trabajo tiene como objetivo el diseño de un sistema de rescate que no dependa del tiempo de evacuación, para poder brindar a las personas un elemento de seguridad, que ayude a su supervivencia en mar abierto. En ese sentido, la “boya de salvamento automatizada para rescates en naufragios”, es un sistema mecatrónico que detecta la presencia de las personas en el mar, proporciona automáticamente un bote salvavidas inflable, cuenta con un sistema de comunicación vía GPS y un sistema de alarmas visuales y sonoras para que sea fácilmente detectable en mar abierto, bajo cualquier circunstancia.
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    Diseño de un mecanismo paralelo tipo plataforma de seis grados de libertad de apoyo móvil para un simulador de entrenamiento de conductores de automóviles
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-01) Orihuela Rojas, Marcelo Miguel; Elías Giordano, Dante Ángel
    El presente trabajo muestra el diseño de un mecanismo paralelo del tipo plataforma de seis grados de libertad y apoyos móviles que puede ser utilizado en un simulador de automóviles para el entrenamiento de conductores en nuestro país. El objetivo está centrado en lograr el diseño mecánico dejando pase a futuras investigaciones como el análisis de simulación mecánica, el diseño del sistema de control del mismo, entre otros que puedan complementar y optimizar el diseño de un simulador de manejo automatizado. A diferencia de muchos mecanismos utilizados para esta aplicación (tales como las plataformas Stewart Gough), este sistema no cuenta con actuadores de longitud variable, sino con barras de longitud constante cuyos apoyos en la base deslizan sobre rieles circulares. Para poder desarrollar este trabajo, se realizó una revisión de los fundamentos teóricos y el estado de la tecnología de los mecanismos en general, los robots paralelos y su aplicación hacia los simuladores de manejo. También se utilizaron investigaciones anteriores que analizaron el espacio de trabajo de este tipo de plataformas de barras que deslizan sobre un riel circular. Esta información fue de vital importancia para lograr el diseño conceptual pues brindó los requerimientos de movimiento que los simuladores de manejo poseen. A partir de ello se pudieron diseñar cada uno de los componentes del sistema de modo que puedan resistir los movimientos y cargas de la plataforma considerando sobre ella una carga de hasta 250 kg, la cual representa la masa de una persona y la de una estructura o cabina en donde ella pueda ubicarse. Este tipo de mecanismo es una buena alternativa para los simuladores porque logran incrementar el espacio de trabajo hasta 1,6 veces respecto a las plataformas convencionales como la Stewart Gough; además, su movimiento giratorio es menos restringido. Por otro lado, la utilización de un simulador para entrenamiento de conductores en nuestro país sería una buena alternativa frente a los peligros e inseguridad que enfrentan quienes conducen por primera vez, sobre todo en nuestra capital.
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    Sistema mecatrónico de asistencia técnica para las personas de edad avanzada
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-05-28) Palacios Lavado, Juan José Junior; Madrid Ruiz, Ericka Patricia
    La población representada por las personas de edad avanzada cada vez es mayor. Muchos de ellos poseen problemas propios de su edad tales como motrices y cardiacos. Impidiéndoles, según el grado de discapacidad, la accesibilidad tanto a lugares públicos y privados como consecuencia de esa limitación. Es por eso que debido a las razones expuestas, es necesario desarrollar un sistema de asistencia técnica que permita que estas limitaciones en cuanto a la accesibilidad del usuario a cualquier espacio disminuyan. Los objetivos del proyecto son desarrollar un sistema que permita que el usuario se sienta cómodo y seguro al usarlo, posibilite a sus apoderados tener conocimiento de su estado cardiovascular y ayude a subir o bajar escaleras. La presente tesis propone el desarrollo de un sistema mecatrónico de asistencia técnica para las personas de edad avanzada. Para lograr los objetivos expuestos, se establecieron 6 subsistemas. Entre ellos tenemos a los siguientes: El primer subsistema es el de la alimentación con energía eléctrica del diseño mecatrónico. Este permitirá suministrar los valores de tensión y corriente adecuados para los sensores y actuadores utilizados. Luego tenemos al subsistema de interfaz. Este posibilitará que el usuario interactúe con el sistema mecatrónico. El tercer subsistema es el sensado de la frecuencia cardiaca y el posicionamiento satelital. A través de un monitoreo se enviará información por mensaje de texto sobre el estado cardiovascular del usuario. Además, permitirá registrar anomalías que ocurren cuando la frecuencia muestreada es mayor a los 100 bpm o menor a los 60 bpm. Por lo que el sistema diferenciará 3 estados: alta, normal y baja. El posicionamiento satelital permitirá obtener la longitud y latitud de la ubicación de la persona. El cuarto subsistema es el de detección de desniveles. Permitirá que el nivel de sujeción de la andadera se acomode al nivel adecuado, valor cercano a la altura a la que se encuentra la cadera, cuando el usuario suba o baje desniveles. El quinto es el control de los motores del Tri-star. Este mecanismo permitirá que el usuario pueda subir o bajar las escaleras a través del diseño mecatrónico. Finalmente, la función del último subsistema es el del control del frenado. Este permitirá disminuir la velocidad de traslado. El trabajo se presenta en cinco capítulos. El primer capítulo plantea la problemática que afronta el sistema mecatrónico. El segundo capítulo describe los requerimientos del sistema y así mismo explica detalladamente los subsistemas que lo conforman. El tercer capítulo explica el concepto electrónico, mecánico y de control del sistema mecatrónico a través de los sensores, actuadores, planos y diagramas de flujo. El cuarto capítulo presenta el análisis de costo del sistema mecatrónico. Por último, el quinto capítulo muestra las conclusiones que se han obtenido al finalizar este proyecto.