En este trabajo se desarrolla el modelo dinámico de un actuador hidráulico de doble efecto de la marca Fluidtek, el cual forma parte importante del simulador de marcha normal que se desarrolla en la Pontifica Universidad Católica del Perú. Asimismo, se muestra el comportamiento dinámico del actuador por medio de simulaciones ejecutadas en MatLab, para lo cual se desarrolló el algoritmo correspondiente. En primer lugar se identificaron los parámetros que caracterizan el modelo dinámico del actuador hidráulico, definiendo como variable de entrada la presión hidráulica del fluido y como variable de salida el desplazamiento del vástago. El modelo matemático se obtuvo planteando las condiciones de equilibrio correspondientes a los fenómenos físicos presentes en el accionamiento del actuador. Algunos parámetros del modelo se obtuvieron revisando la información técnica del fabricante, mientras que otros fueron obtenidos por medición y experimentación (coeficiente de fricción dinámica) y de la literatura técnica (módulo de Bulk). Los resultados obtenidos indican que el comportamiento del actuador presenta un error en estado estacionario, lo cual produce imprecisión en la señal de salida, por lo que es necesario tomar acciones de control al respecto. Sin embargo, las gráficas muestran que la simulación en el computador asemeja a lo observado en el banco de pruebas. De esta manera, se concluye que el modelo matemático obtenido describe adecuadamente al actuador. / Tesis

Das zuverlässige und schonende Greifen ist ein Hauptanliegen bei der Entwicklung von neuartigen Greifvorrichtungen. Je größer die Kontaktfläche zwischen dem Greifer und dem Greifobjekt ist, desto schonender und zuverlässiger ist der Greifvorgang. Um dieses Ziel zu erreichen wurden in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Untersuchungen zu adaptiven passiven Greifern durchgeführt. Ein neuer Forschungszweig im Bereich selbstadaptiver Greifer sind Greifer mit nachgiebigen blattfederartigen Greifelementen (Greiferfinger) Die Funktionsweise basiert auf dem elastischen Ausknicken der Greifelemente infolge einer translatorische Antriebsbewegung Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Verbesserung des Greifvorgangs, indem die Kontaktlänge zwischen den blattfederartigen Greiferfingern und dem zu greifenden Objekt deutlich erhöht wird. Um diese Aufgabenstellung zu lösen, muss eine geeignete Greifergeometrie für ein gegebenes Greifobjekt berechnet werden. Die gezielte Berechnung der erfoderlichen Greifergeometrie für ein bekanntes Greifobjekt ist nicht möglich. Daher wurde als Lösungsansatz die umkehrte Richtung gewählt. Für eine definierte Greifgeometrie wird die Gestalt des dazu passenden “idealen” Greifobjektes ermittelt und anschließend mit der Gestalt zu greifenden Objektes verglichen. Bei Gestaltabweichungen wird die Greifergeometrie iterative verändert, bis seine geeignete Greifergeometrie gefunden wurde. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird zunächst die Ermittlung des “idealen” Greifobjektes behandelt. Es wurde ein Algorithmus entwickelt, der für eine vorgegebene Greifergeometrie die Gestalt eines runden bzw. elliptischen Objektes ermittelt. Der Algorithmus verwendet als Eingabedaten die Biegelinien der elastisch ausgeknickten Greiffinger unter Berücksichtigung unterschiedlicher Randbedingungen. Als Ausgabedaten liefert der Algorithmus die Gestalt des passenden Greifobjektes zurück. Für quadratische bzw. rechteckige sowie für dreieckige Objekte wurden unterschiedliche Greifgeometrien untersucht. Außerdem wird für quadratische und rechteckige Objekte das Lösungskonzept für die Entwicklung eines weiteren Algorithmus beschrieben. In Kapitel 1 wird eine Klassifizierung von Greifern basierend auf der Anpassungsfähigkeit vorgestellt. In Kapitel 2 werden Lösungskonzepte, Modelle und Theorien vorgestellt. In Kapitel 3 werden Ablaufdiagramme der Algorithmen dargestellt. In Kapitel 4 wird die Entwicklung des Algorithmus für elliptische Objekte und deren Betriebsmodi beschrieben. In Kapitel 5 werden Greifgeometrien für quadratische bzw. Rechteckige sowie für dreieckige Objekte analysiert und die Ideen eines Algorithmus für quadratisch bzw. rechteckige Objekte beschrieben. In Kapitel 6 wird ein kurzer Überblick über die zukünftige Arbeiten. / Reliable and gentle gripping is a major concern in the development of new gripping devices. The larger contact surface between the gripper and the gripping object, the gentler and more reliable the gripping process. In order to achieve this goal, further investigations on adaptive passive grippers have been carried out in the recent decades. A new branch of research in the field of self-adaptive grippers are compliant leaf-spring-like gripping elements (gripper fingers). Its mode of operation is based on the elastic buckling of the gripping elements as a result of a translatory drive movement. The present work focuses on improving the gripping process by increasing significantly the contact length between the compliant leaf-spring-like gripper fingers and the object to be gripped. In order to solve this task, a suitable gripper geometry for a given gripping object should be calculated The specific calculation of the required gripper geometry for a known gripping object is not possible; therefore, this work aims in the opposite direction. For a defined gripping geometry, the shape of the matching “ideal” gripping object is determined and then compared with the desired object to be gripped. In case of a deviation in the size, the gripper geometry is iteratively changed until its suitable gripper geometry has been found. In the present work, the determination of the “ideal” gripping object is the first task to deal with. An algorithm has been developed to determine the shape of a round-elliptical object for a given gripper geometry. The algorithm uses as data input the bend lines of the compliant twogripper finger under different boundary conditions. As data output, the algorithm returns the shape of the matching gripping object. For square-rectangular and triangular objects, different gripping geometries have been investigated. Furthermore, for square-rectangular objects, solution concepts for the development of an algorithm is described. In chapter 1, a classification based on adaptability is presented. In chapter 2, solution concepts, models and theories involved are introduced. In chapter 3, process flow diagrams of the algorithms are presented. In chapter 4, the development of the algorithm for elliptical objects and its operation modes are described. In chapter 5, gripping geometries for square-rectangular and triangular objects are analysed and the ideas of an algorithm for square-rectangular objects are described. In chapter 6, a brief overview of the futur work is commented. / Tesis

El presente tema de tesis tiene como objetivo central, llevar a cabo un control sobre la variable física de fuerza. Para esto se implementará un sistema electromecánico (prototipo de terminal de agarre manipulador) el cual servirá como plataforma de prueba para realizar dicho control. Este prototipo contará con las características básicas que lo define como terminal de agarre. Es decir, apertura y cierre de placas paralelas (a modo de pinzas). El sistema de control se encargará de regular la fuerza de agarre del terminal, a un valor determinado previamente. Este valor de fuerza ya determinado, será el necesario y suficiente para evitar que el material que se vaya a coger se quiebre o resbale. Para validar el correcto funcionamiento del sistema de control se harán pruebas con distintos materiales. Para determinar el valor de fuerza que está ejerciendo en cada instante, el terminal de agarre contará con un sensor de fuerza. Este periódicamente irá tomando datos de los valores de fuerza presentes en todo momento. La distribución del presente documento cuenta con 5 capítulos: En los capítulos 1 y 2 nos centraremos en la parte teórica que brinda sustento a la elección del tema de tesis. Tal como, las características importantes que encierra el tema de control de fuerza en nuestro entorno de desarrollo tecnológico, así como también las ventajas que puede brindar el control de fuerza aplicado a varios campos de trabajo. Además, nos centraremos en definir la problemática que encierra la elección del tema de estudio. En los capítulos 3 y 4 nos centraremos en definir la metodología de solución a la problemática planteada, así como la puesta en marcha del sistema de control propuesto. Finalmente, una vez que tengamos todo el sistema que encierra al control de fuerza, nos dedicaremos a hacer pruebas para validar el camino de solución elegido. En el último capítulo presentaremos las conclusiones, observaciones y recomendaciones de la tesis. De este capítulo extraemos como conclusión principal. El que la metodología elegida para solucionar la problemática del tema de tesis, tuvo los resultados esperados. Finalmente se pudo controlar la fuerza de agarre de los materiales seleccionados dentro de un rango de error pequeño. / Tesis

El 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. / Tesis

Actualmente, en toda empresa de manufactura se requiere un estricto control de la calidad del producto final; por ello, constantemente, se desea implementar equipos de inspección que proporcionen un mayor detalle sobre las evaluaciones requeridas por el cliente. En el caso de las empresas de manufactura de botellas de vidrio, los controles de calidad deben ser los más rigurosos posibles; debido a que, el producto final tiene contacto directo con el cliente. Los envases de vidrio cuentan con un código en la parte inferior, que los identifica según el número de molde en el cual han sido fabricados. Si bien no se puede detectar el 100% de los tipos de defectos, sí se puede detectar este código con el cual según las evaluaciones realizadas en planta, se puede determinar que durante un periodo de tiempo definido, todos los envases pertenecientes a una moldura en particular, cuentan con defectos. Por ello, la propuesta del proyecto es un equipo que lea el número de molde de los envases en una línea de producción y según los requerimientos de planta se programe el descarte de los envases que cuenten con el número de molde que contengan defectos. El objetivo del proyecto es el diseño de un sistema mecatrónico que minimice la cantidad de posibles filtraciones de envases defectuosos en el empaque enviado al cliente. Esto involucra mitigar los problemas con los clientes y la reducción del alto sobre costo utilizado en personal externo a la empresa que se dedica a la inspección de cada envase dentro de un lote designado como defectuoso. / Tesis

El siguiente tema de tesis corresponde al modelado cinemático y dinámico de un manipulador de 5 grados de libertad articulado verticalmente desarrollado en el Centro de Tecnologías Avanzadas de Manufactura CETAM de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Esta tesis forma parte de un proyecto multidisciplinario para el diseño, fabricación y puesta en funcionamiento de un manipulador con las características ya mencionadas. El modelado cinemático consta del desarrollo de la cinemática directa y la cinemática inversa. La cinemática inversa permitirá conocer las coordenadas de cualquier punto del manipulador en función de los ángulos generados en las articulaciones, mientras que la cinemática inversa permitirá conocer los ángulos de los actuadores en funciona de alguna posición espacial. La cinemática directa utiliza matrices de transformación homogéneas, que relacionan una serie de sistemas coordenados colocados estratégicamente a lo largo del manipulador. La cinemática inversa por otro lado, utiliza un método geométrico para su resolución. La dinámica del manipulador también consta del desarrollo de una dinámica directa y una inversa Para el desarrollo de la dinámica directa se utiliza la formulación de Walker-Orin para obtener las aceleraciones, velocidades y posiciones en función de los torques en los actuadores. En la dinámica inversa por otro lado, se utiliza la formulación de Newton-Euler con una ligera variación desarrollada por Luh, Walker y Paul, para determinar los torques en los actuadores en función de las posiciones, velocidades y aceleraciones. Esta serie ecuaciones dinámicas son manejadas mediante un algoritmo soportado en Matlab, que permite la iteración de las diferentes variables de una manera práctica, rápida y precisa. / Tesis

La presente tesis desarrolla el diseño de un mecanismo robótico de dos grados de libertad para rehabilitación de miembro superior en usuarios con post-infarto cerebral como solución alternativa de rehabilitación al método convencional en mejorar la recuperación del miembro superior. El proyecto responde a un aumento de la población adulta que sufre de alguna discapacidad, el déficit de atención hospitalaria y de infraestructura adecuada en los centros de rehabilitación que generan secuelas en la vida del paciente por no haber sido atendido en el momento oportuno. En el presente documento se describe el mecanismo diseñado, el cual contempla realizar los movimientos de flexo/extensión con un rango de 0 º a 120 º y el de prono/supinación con un rango de 0 º a 90 º. El mecanismo se desarrolló para trabajar con órdenes de un interfaz cerebro computadora, pero puede adaptarse a otras formas de interacción debido a que recibe señales. El primer movimiento se realiza por transmisión de engranajes y el segundo por cable de acero. Además, el mecanismo está acoplado a una base que permite adaptar el diseño robótico a diferentes miembros superiores. El costo de diseño y de fabricación de este dispositivo está alrededor de los S/. 6,000. En el desarrollo de este trabajo se empleó la metodología de diseño de la norma alemana VDI 2206 / Tesis

La presente tesis comprende el diseño mecánico de un gripper (garra o manipulador) para brazo robot para el paletizado de cajas de 20kg y pallets de 25kg. La función principal del gripper es sujetar y descargar pallets y cajas por separado. La función del conjunto es transportar un pallet proveniente de un conjunto de pallets apilados hacia la zona de paletizado. Después, transportar cajas de una en una, provenientes de una faja transportadora, hacia la zona de paletizado. En esta zona, se descargan las cajas sobre el pallet formando un arreglo. El diseño óptimo fue el resultado de un proceso de selección dentro de las alternativas de solución planteadas, las cuales, se evaluaron tanto técnica como económicamente hasta llegar a la mejor opción que cumpla con las exigencias de diseño. La metodología utilizada en el presente diseño está basada en las recomendaciones de la Asociación Alemana de Ingenieros (VDI 2221). Posteriormente, se calculan, dimensionan y seleccionan los elementos principales que permitan al gripper la sujeción de cajas y de pallets. Dentro del cálculo, se experimentó en el laboratorio de manufactura de la PUCP, la deformación que sufre la caja al aplicarle la fuerza de sujeción, concluyéndose así que la caja no sufre daños en la manipulación. Además, se presentan los planos de ensamble y despiece del gripper así como los materiales necesarios para su construcción. Finalmente, se presenta la cotización para la fabricación de este, obteniéndose un costo aproximado de S/.12 279,6 Nuevos Soles, costo que podría disminuir optimizando formas constructivas y materiales utilizados. / Tesis

La presente tesis tiene por finalidad el diseño de un sistema para comandar un brazo robótico de asistencia que estará montado sobre una silla de ruedas automatizada, y cuya operación será por medio de señales EEG, con el objetivo de asistir a pacientes postrados con limitaciones de discapacidad muscular en miembros superiores, esclerosis lateral amiotrófica, lesión de la médula espinal, entre otros. El trabajo se enfoca en la implementación de un sistema basado en el procesamiento de señales cerebrales producto de estímulos visuales modulados a frecuencias específicas, con las cuales será posible clasificar y definir comandos de movimientos básicos sobre el brazo robótico. Todo ello con el objetivo de reducir fatigas mentales producto del uso de otras técnicas, como las cognitivas, que requieren mayor esfuerzo de concentración y muchas horas de entrenamiento previo para su correcto funcionamiento. Así mismo, la investigación muestra los criterios para la implementación del sistema de generación de estímulos visuales y resultados de los experimentos durante la adquisición, el procesamiento y clasificación de las señales recolectadas a partir de un dispositivo BCI portátil, con características limitadas en precisión y ancho de banda. / Tesis

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. / Tesis