Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado 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.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 Control Predictivo para la Navegación Autónoma de un Dron dentro de Galerías de Minas Subterráneas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-02-20) Balcazar Guerrero, Mario; Cuéllar Córdova, Francisco FabianEn el contexto de las operaciones de minería subterránea se ha identificado que el principal problema es la posibilidad de que ocurran accidentes generados por la caída de objetos. Para afrontar este problema, se propone hacer uso de robots móviles que realicen la inspección e identificación de este tipo de riesgos. Es en esta línea que los drones equipados con sensores ópticos se vuelven una alternativa para conocer el estado real de dichos espacios y detectar a tiempo algún indicio de posible caída de objetos, esto gracias a la posibilidad que estos brindan de llegar a lugares de difícil acceso sin que el operador tenga que exponerse. En el marco de la tesis presentada, se planteará una estrategia de control que permita la navegación autónoma de un vehículo aéreo no tripulado del tipo ala rotatoria o dron dentro de un espacio confinado como el de las galerías de mina subterránea, donde no se tenga acceso a la señal GPS (Sistema de Posicionamiento Global) y se use únicamente la información recabada por un sensor LiDAR y una unidad de medida inercial (IMU). Para cumplir con este objetivo, se utilizará un controlador diseñado a partir del modelo matemático que mejor describa la dinámica del dron en dos dimensiones. Se realizará tanto el diseño teórico del controlador propuesto como la simulación del sistema de control de la trayectoria del vehículo aéreo. Finalmente, la tesis obtendrá como resultado, una comparativa entre el controlador propuesto y la estrategia de control clásica usada en los drones comerciales. Para ello, se tomará en cuenta las principales restricciones que se tiene en la operación de los vehículos aéreos no tripulados dentro de los espacios confinados, así como la robustez en su respuesta ante perturbaciones externas o como parte del error en la medida de los sensores utilizados.Ítem Texto completo enlazado Diseño de dron para análisis de salud vegetal(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-18) Méndez Cam, Joseph Ramses; Santos López, Félix MelchorEl presente trabajo presenta como marco problemático la pérdida de los cultivos por situaciones adversas como como las plagas, malas hierbas, enfermedades, falta de nutrientes y condiciones térmicas. Estos problemas, se podrían evitar en su mayoría si se realizara análisis de salud constantemente a los sembríos. El problema recae en la falta de análisis de la salud de los cultivos por la demandante naturaleza de la tarea. No sería posible realizar una revisión manual constante a todas las plantas. Además, las herramientas actuales que existen no son óptimas y no son capaces de integrar el análisis de diferentes sensores. El objetivo general del presente trabajo es diseñar una solución a partir de un vehículo aéreo que sea capaz de tomar imágenes multiespectrales y térmicas para el análisis de la salud vegetal. La metodología que se utilizará para cumplir con el correcto diseño del proyecto será la metodología VDI. Para las secciones relacionadas a la arquitectura de software, el proyecto usó la metodología Attribute Driven Design (ADD) 3.0. Adicionalmente, se usó la metodología Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA) para realizar una revisión sistemática de la literatura. Finalmente, los resultados son el diseño de un dron capaz de intercambiar entre cámara multiespectral y térmica sin necesidad de desarmar todo el sistema. Se presenta una solución escalable a través de la nube de AWS para realizar el procesamiento de datos. Por otro lado, a partir de la revisión bibliográfica y del diseño de la arquitectura de software, se elaboraron los artículos académicos “Precision agriculture drone technology: A systematic review of the literature” y “Cloud-based processing on drone imaging for precision agriculture” respectivamente. Como conclusión, en las pruebas realizadas para el procesamiento en el sistema ciber de la nube, se obtuvo un tiempo promedio de respuesta de 430 ms.Ítem Texto completo enlazado Vehículo aéreo no tripulado para la dispensación de dinero en efectivo en billetes (dron ATM)(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-05-26) Reyes Castillo, Aaron Luis; Saito Villanueva, CarlosEl desarrollo tecnológico del sector financiero en el Perú está creciendo de manera acelerada. La competencia entre entidades financieras ya no solo se da en el campo de los productos, sino también en el uso que le dan a la tecnología para fortalecer su propuesta de valor y los servicios que ofrecen a los usuarios. Hoy todo gira en torno a la experiencia de usuario y la tendencia principal es la de la auto atención. Es así, que la innovación juega un rol crucial para lograr la diferenciación de la competencia. La tendencia de la digitalización de servicios ha llevado a que cada vez más usuarios se sumen al uso de la banca por internet y las aplicaciones. Los canales electrónicos, como es el caso de los cajeros automáticos, pasaron a verse como una transición hacia la digitalización, cuyo objetivo era incentivar la auto atención de los clientes, pero dentro de la seguridad de un entorno propio del banco. Sin embargo, se descubrió que así se logre una migración de usuarios hacia los canales digitales, estos mismos usuarios seguían utilizando los cajeros automáticos en ciertas ocasiones, debido a que su necesidad de efectivo no desaparecía al 100%. El motivo de esto principalmente es que la sociedad peruana (y latinoamericana en general) aún no está lista para la digitalización completa. La carencia de medios digitales en gran parte de establecimientos de venta recurrentes (mercados, bodegas), el posicionamiento del uso de efectivo para transacciones del día a día (como el transporte público) y la falta de confianza del usuario por utilizar canales digitales como medio de pago en un gran porcentaje de la población aún, hace que la necesidad de abastecimiento de efectivo siga latente. De este modo, la inserción de nuevas tecnologías que brinden facilidades complementarias para lograr mejorar la confianza en el público reacio a utilizar dichos medios y, del mismo modo, que permitan satisfacer sus necesidades esenciales, tales como la disposición de dinero en efectivo, van a lograr no solo fortalecer el puente hacia la digitalización total, sino satisfacer la necesidad real de los usuarios. En el presente trabajo de investigación se desarrolla una propuesta de solución que permitirá distribuir dinero en efectivo por medio de vehículos aéreos no tripulados, los cuales transportarán el contenido en un módulo de dispensación que será capaz de dispensar el monto solicitado por el usuario. Para cumplir el objetivo, el diseño óptimo realizado se compone de un dron comercial especialmente configurado al que se le adhiere un módulo de dispensación capaz de realizar dicha acción una vez posicionado sobre una estación de dispensación. Queda fuera del alcance de este trabajo el diseño de la estación de dispensación. El sistema será capaz de desplazarse por un rango de cobertura de 3 km a la redonda desde su estación principal. Por otro lado, el módulo de dispensación que porta el dron tendrá un peso límite de 6kg.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un vehículo aéreo-terrestre no tripulado con autonomía de funcionamiento de larga duración orientado a operaciones de búsqueda y rescate(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-07-29) Mori Virhuez, Brian Ernesto; Abarca Abarca, Mónica LucíaLas labores de búsqueda de rescate en diferentes zonas del Perú se dificultan generalmente por las diferentes condiciones meteorológicas y geográficas las cuales complican el acceso a diversos lugares. En la actualidad, se pueden encontrar diferentes soluciones a este problema, como los drones aéreos y terrestres; sin embargo, ambas opciones presentan diversas vulnerabilidades a los factores ambientales. Además, ambos tienen como limitaciones la duración de funcionamiento y el alcance de exploración. La presente tesis se centra en el diseño y dimensionamiento de un vehículo no tripulado en la función de rescate y exploración en lugares que son de difícil acceso, por esta razón, podrá facilitar y aumentar la efectividad de las organizaciones que se encargan de las labores de búsqueda y salvamento. Se busca que este sistema tenga un tiempo de funcionamiento de larga duración, es decir, que sea mayor a 30 minutos que es el tiempo promedio de marcha de los drones del mercado. Así también, se propone que pueda desplazarse por aire y por tierra para extender el espacio de búsqueda, que cuente con el menor peso posible sin afectar la resistencia y estabilidad del vehículo, además, que soporte variados fenómenos atmosféricos como vientos, lluvias o granizadas.Ítem Texto completo enlazado Vehículo aéreo no tripulado para vigilancia en ambientes cerrados con detección de personas y obstáculos a su alrededor(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-12-11) Postigo Huanqui, Sergio Renato; Abarca Abarca, Mónica LucíaLa presente tesis aborda dos problemáticas. La primera es que los diseños más convencionales de drones con aplicaciones específicas no están adaptados para volar en ambientes cerrados, pues no solo corren el riesgo de estrellar sus hélices contra paredes o techos, sino que también corresponderían un riesgo para las personas en su entorno. No obstante, hay tareas que podrían desarrollar en este tipo de espacios si se adaptara su diseño a uno más seguro. Por ejemplo, podrían ser utilizados para realizar rondas de vigilancia a través de cuartos y pasillos tal y como lo hace el personal de seguridad. La segunda problemática apunta precisamente a este sector, pues dispositivos como cámaras de vigilancia tienen algunas limitaciones como el hecho de no ser disuasivas por no estar a la vista o de no estar necesariamente en los lugares donde se les necesita. Se han venido utilizando robots terrestres para tareas de vigilancia en interiores pero que, sin embargo tienen la desventaja de tener trayectorias de movimiento fijas. Un VANT puede tener múltiples trayectorias de movimiento. Se propuso realizar el diseño preliminar de un dron con características especiales para que realice rondas de vigilancia. La primera es que debe ser capaz de volar en ambientes cerrados y por lo tanto debe contar con un diseño tal que no genere ningún riesgo técnico para sí mismo ni un riesgo físico para las personas que se pudiesen encontrar en los espacios donde opere. Lo segundo es que debe contar con una cámara capaz de registrar con o sin luz lo que sucede en su entorno y transmitir el video en vivo hacia la laptop del operario en un ambiente específico, desde donde además se enviará la trayectoria de vuelo al VANT. La tercera es que debe poder detectar obstáculos o personas y mantener el vuelo en una posición fija de encontrar alguno. La aeronave en cuestión funciona con un motor de contra-rotación también llamado de configuración coaxial y se traslada variando las posiciones de un juego de 4 alerones. Para aislar las hélices se ha utilizado una estructura geodésica conformada por varillas de fibra de carbono. Tiene un tiempo de vuelo efectivo de 10 minutos y es del tamaño de una esfera con un diámetro de aproximadamente 490 cm. El VANT será controlado desde una estación en tierra conformada por una laptop a la cual irá conectado el receptor de video. Desde aquí el operario enviará la trayectoria del vuelo al VANT podrá visualizar el video en vivo.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 vehículo aéreo no tripulado y software asociado para la inspección de carreteras interprovinciales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-07-05) Rivera Calagua, Bryan Joel; Villota Cerna, Elizabeth RoxanaEl método más común para inspección de carreteras es la inspección visual. Esta tarea toma tiempo ya que el proceso de evaluación e inspección es tedioso y largo, además de no abarcar más de 20 km por día. Con todos estos factores y teniendo en cuenta el error del operario, no se logra obtener una inspección adecuada. Además, implica alto costo y muchas veces es riesgoso para los mismos operarios ya que en una carretera transitan vehículos a alta velocidad, además de que las mismas carreteras en mal estado pueden resultar peligrosas. El presente trabajo propone el diseño de un vehículo aéreo no tripulado de ala fija (UAV que solo posee un motor y donde la fuerza de sustentación es proporcionada por las alas) para la acción de inspeccionar carreteras. Este debe ser lo más ligero posible, es por ello que se escogió poliestireno expandido como material principal. Se integrará el UAV con una cámara digital que tome fotos con alta calidad cada 5 segundos mientras sigue una trayectoria definida. Finalmente, las fotos tomadas son analizadas en una computadora por medio de procesamiento de imágenes para encontrar las fallas en las pistas. El algoritmo de procesamiento de imágenes se restringirá para carreteras interprovinciales, debido al poco tráfico que presenta en comparación con las carreteras de ciudad. Para el diseño del UAV se utilizó la metodología VDI 2225, donde de tres conceptos de solución se seleccionó el óptimo a través de un análisis técnico y económico, este concepto óptimo se va mejorando a través del avance de la tesis. Como resultado final se obtiene un vehículo de 3 kg de peso, el cual puede sobrevolar a una altura máxima de 80 m, a una velocidad máxima de 15 m/s.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.