La 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 mecatrónico

El presente trabajo de investigación presenta el diseño mecánico de un simulador de marcha normal, conformado por un par de mecanismos paralelos de 6 grados de libertad, que trabajan en forma dual. Cada mecanismo está basado en la configuración de una plataforma Stewart-Gough. El diseño incluye todos sus componentes mecánicos, no se incluye en el presente trabajo ni el sistema hidráulico ni el sistema de control. Para el diseño del mecanismo paralelo se utilizó la metodología de tres etapas utilizada por B. Zhang, [Zhang, 2005] y recomendaciones de J. Merlet, [Merlet, 1999]. En una etapa inicial se contempló la investigación de los parámetros de la marcha normal de una persona entre 18 y 45 años, posiciones, velocidades, alcance, movimientos y patologías. Luego se procedió con el desarrollo de la geometría óptima para las dimensiones de las plataformas, para ello se analizó la cinemática inversa del mecanismo y el espacio de trabajo del mismo, siguiendo un proceso iterativo (MATLAB). A continuación se validó los resultados de la geometría óptima con la selección de componentes y diseño mecánico, cálculos de resistencia y análisis en CAD (SOLIDWORK, AUTOCAD). Por último, se elaboraron los planos de fabricación, ensamble y despiece, así mismo se evaluaron los costos directos e indirectos del desarrollo, fabricación e implementación del sistema mecánico. El resultado del presente trabajo es el diseño mecánico de dos plataformas con 6 GDL, cuya plataforma móvil puede tener un alcance máximo de ± 400 mm en los ejes X e Y, con una orientación máxima de ± 30°, y máxima carga en cualquier posición y orientación de 700 N perpendicular a la plataforma. Es necesario señalar que tanto el alcance y orientación están vinculados, por lo que los valores antes mencionados de alcance y orientación dependen de la posición y rotación de la plataforma en los demás ejes. El costo estimado que incluye costos directos e indirectos de ambas plataformas es de S/. 99,796.00, que incluye costos de diseño, fabricación y ensamble.

En el presente trabajo se plantea el diseño de un brazo robótico de 5 grados de libertad con un sistema de control de movimiento modificable por el usuario y un control de seguridad que garantice el bienestar del usuario y de la máquina. Se realizan los cálculos del diseño mecánico y electrónico necesarios que garanticen el buen funcionamiento de la máquina. Para ello, se obtiene el modelo cinemático del brazo robótico por medio de la obtención de los parámetros de Denavit-Hartenberg y el método geométrico. Por otro lado, se obtiene el modelo dinámico del robot resolviendo las ecuaciones de Euler-Lagrange. El dimensionamiento de piezas, ensamblaje y planos mecánicos del robot se realiza mediante el software Autodesk Inventor; así como también se consigue exportar el archivo CAD al software Matlab con la finalidad de corroborar una posible aplicación del diseño propuesto. Además, se realiza los circuitos esquemáticos del sistema usando el programa Eagle, para la selección de componentes electrónicos se hace uso de diferentes manuales y datasheets otorgados por los fabricantes. Para la cotización de los componentes utilizados, se obtuvo proformas y cotizaciones por correo electrónico, cabe resaltar que en el caso de componentes importados se está Considerando el costo de envió. Respecto a los resultados obtenidos, estos fueron positivos debido a que se consigue tener un diseño de brazo robótico que sea seguro para el usuario debido a que contiene sensores de corriente para evitar una sobrecarga en los motores y una parada de emergencia para detener el movimiento del robot cuando se requiera. Además, se le permite al usuario colocar las diferentes ecuaciones de movimiento para el control de robot y de esta manera poder tener un control libre a voluntad del usuario. Algunos cálculos fueron realizados por el software Autodesk Inventor, el reporte mostrado por este programa mostró un diseño valido y resultados positivos que ratificaron como correctos los parámetros ingresados para su análisis. En conclusión, el brazo robótico diseñado tiene un fin educacional y de investigación. El sistema de control de movimiento puede ser modificado por el usuario; es decir, le permite alterar diferentes parámetros en las ecuaciones de movimiento para su control. Cabe resaltar que se le proporciona al usuario información de la cinemática y dinámica del brazo robótico; de esta manera, con pruebas experimentales es posible corroborarlas. Esta información ayudará al usuario a realizar el control del brazo robótico diseñado.

En la medicina de rehabilitación, los mecanismos paralelos del tipo plataforma de Stewart-Gough están siendo usados para la rehabilitación de tobillo de pacientes con discapacidad. El movimiento de la plataforma debe simular o seguir, de manera precisa, a los movimientos de un tobillo al querer caminar o ponerse de pie. Por lo tanto, como parte de un proyecto que tiene como finalidad recrear la trayectoria recorrida por el conjunto tobillo-pie durante la marcha, este trabajo de tesis se enfoca en el diseño e implementación del sistema de control de la cinemática de una plataforma Stewart-Gough. Para lograr posicionar de manera exacta y precisa la plataforma en una posición y orientación dada, primero, fue necesario hallar un modelo aproximando de los actuadores de la plataforma. Con los modelos hallados se simuló el comportamiento de los actuadores, y al comparar los resultados de estas simulaciones con los datos reales se obtuvieron errores menores al 1%. El control diseñado para cada actuador se basa en una topología de lazo con retroalimentación negativa, cuyo algoritmo de control es un PID (proporcional – integral - derivativo). Sin embargo, dado que los modelos obtenidos no eran lineales, no era posible usar técnicas de sintonización para algoritmos PID convencionales. Por lo cual fue necesario derivar una ecuación que relaciona los parámetros del algoritmo con el tiempo de establecimiento deseado y el modelo de los actuadores. Finalmente, con el sistema de control implementado el microprocesador XS1-L1, de procesamiento multi-hilo, se logró obtener errores dentro del rango de movimiento de un tobillo (3% en una marcha normal, y tiempos de establecimiento para cada actuador con error ± 0.5 segundos con respecto al tiempo deseado.

El objetivo de este trabajo es la obtención del modelo dinámico inverso de un simulador de marcha humana basado en la plataforma Stewart-Gough. Para conseguir tal objetivo, se optó por utilizar un planteamiento existente, el cual ha sido analizado y desarrollado con el fin de que el lector pueda entender paso a paso cómo se obtiene la ecuación final de la dinámica inversa. El presente trabajo es uno de los elementos principales para la implementación de la estrategia de control, cuya finalidad es simular con precisión una trayectoria dada. El modelo dinámico es de tipo inverso puesto que se obtienen las fuerzas a partir del conocimiento del movimiento del sistema. Tal modelo se obtuvo mediante la combinación entre los métodos Newton-Euler y la formulación de Lagrange, los que a su vez fueron aplicados sistemáticamente para constituir una forma compacta y cerrada de ecuaciones dinámicas, con la finalidad de desarrollar las ecuaciones de movimiento. La dinámica de tipo directa es también necesaria para plantear la estrategia de control, pero en el presente trabajo tal análisis no ha sido abordado. Considerando las ventajas que ofrece el método Newton-Euler y la formulación de Lagrange se pudo obtener una forma compacta y cerrada de ecuaciones dinámicas en un determinado espacio de trabajo a través de la combinación de ambos métodos de modelación, con la finalidad de obtener el modelo dinámico del sistema. Tal planteamiento ha sido propuesto por Guo y Li, quienes analizan la cinemática y dinámica inversa de un manipulador paralelo de seis grados de libertad, como el que se ha diseñado en la PUCP. En este sentido, la deducción del modelo dinámico se dividió en dos partes, el movimiento de los seis actuadores unidos a la base fija y el de la plataforma móvil. Las fuerzas restrictivas en la unión superior de cada actuador fueron obtenidas a través de la formulación de Lagrange. La concepción de la dinámica de la plataforma fue obtenida mediante el método Newton-Euler, incorporando fuerzas restrictivas en la forma compacta. Los efectos de la fricción no fueron evaluados, lo cual permite que el modelo dinámico planteado sea mejorado. Finalmente, el modelo dinámico fue implementado y simulado en computadora utilizando el software Mathcad, con la finalidad corroborar y validar el procedimiento analítico realizado para la obtención de la ecuación dinámica inversa de la plataforma Stewart-Gough.

La importancia del estudio de la estabilidad y de la marcha o caminar de una persona ha originado que se desarrollen diversas tecnologías para su análisis y evaluación clínica. Con el paso del tiempo, las técnicas y dispositivos empleados han ido mejorando a tal punto que hoy en día existen empresas y laboratorios que se dedican únicamente a su diseño y fabricación. Tanto la marcha como estabilidad presentan parámetros que permiten a los médicos especialistas conocer si un paciente presenta alteraciones en el sistema nervioso, alguna patología o identificar otros posibles factores. Con el empleo de herramientas existentes, estas alteraciones podrían ser detectadas de manera más rápida y adecuada; con ello, si es necesario, iniciar un tratamiento al paciente y realizar un control sobre cómo es que va evolucionando hasta que logre su recuperación; o en todo caso verificar si el tratamiento que sigue es el adecuado. Estas tecnologías han sido desarrolladas desde hace muchos años; sin embargo, en nuestro país son escasas las instituciones que cuentan con algunos de estos sistemas debido a los elevados costos que presentan. Por lo descrito anteriormente, el objetivo principal de la presente tesis es el diseño de una plataforma dinamométrica de bajo costo, la cual permitirá calcular la fuerza que ejerce una persona sobre la plataforma y así se obtenga información sobre algunos parámetros asociados a la marcha y estabilidad de una persona. La plataforma emplea galgas extensiométricas como sensores, los cuales requieren una etapa de acondicionamiento para que puedan ser procesados y luego se realicen los cálculos necesarios. Se muestran también los diseños planteados como solución; así como las pruebas que se realizaron con la plataforma para verificar su correcto funcionamiento.

En el presente trabajo se realizó la modelación y simulación de la dinámica inversa de un robot articular de cuatro grados de libertad que usa láser para realizar corte de precisión de madera y tiene definida su superficie de trabajo en un plano horizontal. Este trabajo es una parte de un proyecto multidisciplinario desarrollado por tesistas de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Electrónica que busca desarrollar máquinas automáticas industriales para uso en nuestro país, y obtener las herramientas y el conocimiento para poder mejorar nuestros propios procesos. En el proyecto se realizó el diseño preliminar del mecanismo base correspondiente al brazo robótico, lo que incluyó el dimensionamiento previo de los eslabones y la definición de los pares cinemáticos. Estas características fueron determinadas de manera que el robot sea capaz de ubicarse sin problemas en toda el área de trabajo.

La presente tesis consiste en el diseño mecánico de un prototipo de prótesis mioeléctrica dirigida a pacientes que sufrieron amputaciones por debajo del codo (transradial). Se presenta el análisis de un mecanismo de un grado de libertad que simula el movimiento de los dedos índice y pulgar de una mano humana con el propósito de realizar la sujeción de objetos de 0,5 kg de masa, considerando el tamaño y peso de la mano de una persona adulta promedio. El movimiento de los dedos está restringido por la relación de posición angular entre falanges, para ello se utiliza el mecanismo de doble manivela aplicado en la articulación de cada falange. Además, se realiza el análisis a través de las ecuaciones de Freudenstein para determinar las dimensiones y verificar cada elemento a través del cálculo por resistencia de materiales. Finalmente, para el accionamiento de los dedos se emplea un actuador neumático que garantiza un control proporcional de la fuerza a emplear.

El trabajo de la presente tesis estará enfocado en diseñar un simulador de marcha del tipo pie-plataforma móvil accionado por tres actuadores para que el niño de 6 a 12 años de edad se entrene en el gesto de caminar. Asimismo, se espera que con los resultados de este trabajo se facilite disponer constructivamente de un simulador de marcha como herramienta en la práctica terapéutica de rehabilitación de niños con discapacidades locomotoras en sus miembros inferiores.

El presente trabajo consiste en el diseño y la implementación de un brazo robot de dos grados de libertad para su aplicación en el trazado de diagramas en un plano de trabajo A3. El diseño implicó el desarrollo de un modelo mecánico del sistema, desarrollado parcialmente por Luis Felipe López Apostolovich, alumno de la especialidad de Ingeniería Mecánica de la Pontificia Universidad Católica del Perú y complementado con el diseño del Sr. Alberto Orihuela, egresado del instituto técnico SENATI, quien también apoyó en los procesos de manufactura que fueron realizados en su taller.