El presente proyecto de investigación es planteado con el objetivo de diseñar una máquina recicladora de plástico PET, proveniente en su mayoría de botellas hechas de este material, los cuales son uno de los desechos más abundantes en océanos y playas. Se determinó que el sistema mecatrónico diseñado tendrá como materia prima escamas de PET previamente lavadas y secas, las cuales serán calentadas, extruidas y cortadas para formar los pellets. Este diseño permite que la máquina pueda producir como máximo 80 kg de pellets por hora, a partir de 78 kg de escamas y 2 kg de masterbatch. Estos pellets, con σtracción = 32.5 MPa y σflexión = 63 Mpa (Sara Madadi, 2014), podrán ser utilizados para la producción de otros materiales, como, filamentos de impresión 3D, hilos de poliéster, etc. Con este fin, se elabora una matriz morfológica para la obtención de diferentes conceptos de solución, a los cuales se les realiza un análisis técnico y económico para determinar el concepto de solución óptimo. Luego, una vez obtenido el concepto de solución óptimo, se realizan cálculos para el diseño de los diferentes elementos que componen el sistema mecatrónico, así como para la selección de materiales, sensores y actuadores. Asimismo, el sistema diseñado tiene la posibilidad de ser utilizado para el reciclado de otros tipos de plástico que tengan propiedades mecánicas y físicas similares al PET, pero siempre realizando una limpieza previa de la máquina, evitando de esta forma residuos de material no deseado en el producto final.

Las características de interacción de un robot social son de gran importancia, en especial cuando su desempeño depende de generar confianza con el usuario; este es el caso de un robot de telepresencia para diagnóstico psicológico en hospitales. Sabiendo que muchas alternativas actuales no cuentan con rasgos atractivos o familiares que incentiven su uso, este trabajo de tesis tiene como objetivo desarrollar el diseño de un sistema de brazos y cabeza móviles de un robot de telepresencia para diagnosticar y tratar afecciones mentales en hospitales de Perú, como parte de la investigación del Proyecto Concytec 160-2020. Dicho diseño tendrá como fin incrementar la aceptabilidad del robot brindándole expresividad a través de rasgos y movimientos semejantes al humano. El diseño final consta de cuatro grados de libertad en el brazo y dos grados de libertad en la cabeza actuados por servomotores de disco que transmiten de forma directa y por correas dentadas. Las articulaciones están unidas por planchas y piezas impresas para otorgar una forma antropomórfica, con medidas de una persona peruana de estatura promedio de 1.65 m (hombro-codo de 33 cm, codo-muñeca de 25 cm y una cabeza proporcional a la altura de 20 cm). Además, se agregaron otros aspectos de expresividad como iluminación de los ojos por matrices led y señales de audio a través de parlantes. Finalmente, se realizaron pruebas de funcionamiento mediante la implementación del prototipo de un brazo con piezas fabricadas mediante impresión 3D.

La manufactura de suturas quirúrgicas en el país es una actividad creciente y requiere de mano de obra para desarrollarla, sin embargo, al ser productos estériles es necesario contar con equipos que usuarios puedan operar de manera que no entren en contacto con el producto. Así es como la actividad de imprimir sobre los empaques requiere el diseño de un dispositivo que permita trabajar con formas irregulares y de forma continua. Debido a esta necesidad, el objetivo de este proyecto era diseñar una impresora con la capacidad de imprimir sobre un grupo de cartulinas de formato no rectangular, conocidas como troquelados. La adaptabilidad del diseño permite configurar los soportes si se desea cambiar de forma o tamaño de troquel. Y usando el principio de impresión por termotransferencia alcanzar velocidades constantes de impresión de 10 mm/s. La metodología en la que se basó el desarrollo de este documento es el indicado por la norma alemana VDI 2206 y presentada por la Asociación de Ingeniero Alemanes, donde se plantea el desarrollo de productos mecatrónicos en diversas etapas (Gausemeier, 2002). El trabajo se dividió en tres partes principales: la definición del problema y sus antecedentes, el diseño conceptual y un diseño integral del sistema. Siendo el ultimo donde se ha desarrollado un sistema mecatrónico para la impresión de troquelados de suturas, con la particularidad de permitir la impresión en blanco y negro sobre troquelados de diversas formas a una velocidad de aproximada de 4 troquelados por minuto. Con este sistema se ha reducido el costo de impresión y tiempo en el proceso de codificado de las suturas quirúrgicas, además de minimizar la probabilidad de contaminación de los empaques al reducir el contacto humano. Con lo cual se sugiere la implementación del prototipo en planta para analizar la viabilidad del proyecto y las posibles recomendaciones y mejoras para futuras investigaciones.

El presente trabajo de tesis consiste en el diseño de un dispositivo que realice los movimientos correspondientes a la fisioterapia pasiva de rehabilitación de rodilla. El trabajo está basado en la metodología VDI 2221, la cual establece los pasos a seguir para el desarrollo de sistemas mecatrónicos. La estructura del dispositivo diseñado cuenta con 2 eslabones articulados por un extremo en común, cada eslabón tiene forma de canastillo y el paciente reposará su muslo y pierna en estos, se usará un ajuste mediante velcro para mantener estos segmentos de la extremidad fijados al dispositivo. El movimiento de flexión y extensión de la rodilla será realizado mediante un servomotor ubicado en la unión articulada de los eslabones; la cual está, a su vez, ubicada al nivel de la rodilla del paciente. El servomotor entregará el torque necesario para movilizar la pierna mientras el muslo se mantiene fijo en reposo. El diseño que se obtuvo como resultado no requiere de gran espacio para su uso y la mayoría de sus piezas son de materiales de baja densidad. Se realizaron simulaciones de esfuerzos y deformaciones usando el software Autodesk Inventor para verificar que la estructura del dispositivo no falle. Además, el diseño permite guardar un registro de uso del dispositivo con el fin de monitorear el avance del paciente, y puede ser usado por medio de una aplicación en un Smartphone. Finalmente, se realizó una estimación de los costos involucrados para el desarrollo del dispositivo, esto involucra el costo de diseño (S/. 5,840.00) y el costo de fabricación (S/. 3,437.55), esto representa una suma total de S/. 9,277.55.

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 Perú es un país dotado de un vasto número de recursos geológicos que lo convierten, por tanto, en una potencia mundial para la producción minera. Sin embargo, los vertimientos de desechos producidos por la actividad minera y petrolera tienen un impacto grande en el ecosistema ocasionando serios problemas de contaminación ambiental. Estos vertimientos poseen metales pesados tales como mercurio, plomo y cadmio, los cuales son movilizados por las aguas contaminando todo lo que esté a su alrededor alterando tanto la vida humana como la del resto de especies. Por otro lado, la detección tradicional de metales pesados no se realiza en tiempo real, sino que es manual y se lleva a cabo en laboratorios equipados con personal calificado. Entonces una medición en laboratorio, que puede ser realizada días después de haber colectado la muestra, puede no reflejar de manera certera los cambios dinámicos de los contaminantes en el agua. Asimismo, el mercurio es uno de los metales pesados con más impacto contaminante, por ende, su monitoreo es de real importancia para mantener un control más eficiente sobre el modo en que el mercurio está contaminando. Es así que, el presente trabajo plantea un diseño innovador de un sistema de monitoreo en tiempo real de mercurio en aguas aledañas a explotaciones mineras y petroleras usando una plataforma IoT, de modo que los datos obtenidos por los sensores sean enviados a una plataforma en la Nube, permitiendo de esta manera que los entes reguladores puedan tener acceso a estos datos y observar los cambios dinámicos que se producen en la contaminación del agua. Adicionalmente, el diseño mecánico de este sistema le permite operar en un río en la selva, debido a que es una de las zonas más afectadas por contaminación por mercurio; el diseño eléctrico- energético también comprende la autonomía energética del sistema, ya que posee un sistema de panel solar con batería, lo que ofrece versatilidad en el lugar donde se plantea poner en operación al sistema; y además, la comunicación inalámbrica entre los diferentes elementos que comprenden el sistema proporciona buena conectividad para la transmisión de datos. Finalmente, la aplicación del sistema propuesto ayuda a enfrentar de un modo más innovador la problemática de la contaminación de los recursos hídricos ya que fortalece el control y monitoreo del agua, de modo que se puedan tomar mejores y más rápidas decisiones.

El siguiente trabajo de tesis presenta el diseño de un sistema capaz de controlar los principales parámetros que intervienen en el crecimiento de las hortalizas de hoja comestible empleando técnicas de cultivos aeropónicos. El sistema tiene el objetivo de reducir las pérdidas originadas a causa del transporte de los vegetales del campo a la ciudad. Durante el transporte, parte de la producción se pierde por la descomposición del cultivo; además, las propiedades nutricionales del mismo inician un proceso de degradación desde la cosecha. Por otro lado, a diferencia de los cultivos tradicionales que emplean la tierra como soporte de las plántulas, los sistemas aeropónicos permiten a los vegetales crecer en el aire y el consumo de agua es mucho menor en comparación al sistema tradicional. La implementación de este sistema permitirá la generación de cultivos dentro de localidades incentivando el desarrollo de ciudades sostenibles, mejorando la calidad de vegetales que consume la población, y reduciendo el uso de agua. / Tesis

Los brazos protésicos son diseñados con la finalidad de restaurar funciones para aquellos con amputación de miembro superior. En la actualidad, existen avances significativos en brazos robóticos motorizados capaces de un amplio rango de sujeciones. Sin embargo, dichas prótesis operan con una lógica de control que no se encuentra diseñada para retornar las sensaciones del tacto nuevamente; por lo tanto son incapaces de comunicar los estímulos externos sobre la prótesis al usuario. Esta ausencia de señales de retroalimentación impiden el uso eficiente de la prótesis. Así, la falta de retorno sensorial constituye una de las principales razones por la que los usuarios dejan de emplear su prótesis. En este marco, la presente tesis propone el diseño de un sistema de retroalimentación háptico de tipo palmo dactilar, orientado a captar las sensaciones vinculadas a la propiocepción de los dedos, la fuerza ejercida durante la prensión y la percepción de deslizamiento inminente de objetos, con el fin de redirigir estas señales de manera no invasiva hacia la sección amputada del usuario. Este sistema busca mejorar el control y destreza en el uso de la prótesis de mano, específicamente diseñado para integrarse en el modelo de prótesis “PUCP-Hand”. Este trabajo presenta en detalle el diseño del sistema mecatrónico propuesto, compuesto por un subsistema de sensado en la prótesis y un subsistema de actuación en el antebrazo del usuario. El subsistema de sensado registra el ángulo de flexión de los dedos, la fuerza ejercida durante la prensión de objetos y su deslizamiento; mientras que el subsistema de actuación comunica estas sensaciones de propiocepción, prensión y deslizamiento inminente a través de tres vibraciones de intensidad variable. Con el fin de validar el diseño planteado, se realizaron simulaciones electrónicas del funcionamiento general del sistema, así como una simulación por elementos finitos a la estructura del subsistema de actuación. Los resultados alcanzados permiten concluir que, mediante la aplicación de la metodología de diseño mecatrónico, se ha diseñado un sistema de retroalimentación háptico palmo dactilar para la prótesis de miembro superior modelo "PUCP-Hand". Un diseño que permite transmitir las sensaciones de propiocepción en los dedos, fuerza y deslizamiento de objetos al usuario. Un diseño con un costo de producción de S/ 3,481.16 y un costo de diseño de S/ 21,840.00.

La presente tesis aborda el problema del abastecimiento de batería de los drones siendo su periodo de duración insuficiente para cubrir operaciones de mayor durabilidad. En la actualidad, la utilidad de los drones ha ido en aumento en los diversos campos en los que se desenvuelve, así como también su automatización. Con respecto a ello, con la constante evolución de la tecnología y la creciente demanda de automatizar los procesos en los que son requeridos estos dispositivos, se ha logrado que los UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) sean autónomos en las operaciones que se requieren. De esta forma, ya no es necesario que sea controlado por algún operario en tiempo real, sino que puede funcionar de forma autónoma. Sin embargo, como se mencionó brevemente, las operaciones realizadas por estos dispositivos pueden tomar un tiempo mayor al de la duración de su batería, por lo que más tiempo implica menos operaciones por día y esto afecta a la productividad. De aumentar esta característica en los drones, se podrían usar, por ejemplo, como sistemas de vigilancia, ya que estos sistemas requieren una continuidad en su operación. Como segundo ejemplo podrían usarse para el envío de objetos a largas distancias de forma autónoma. Se propuso realizar el diseño preliminar de un sistema mecatrónico automático que realizará el abastecimiento de batería de los drones con baterías LiPo 6S (6 celdas). Para lograr este diseño son necesarios los siguientes subsistemas: subsistema de transporte de batería, subsistema de sujeción de dron y el subsistema de adaptación de batería. El subsistema de transporte de batería estará conformado por un robot cartesiano ensamblado con un gripper magnético y un anaquel para guardar las baterías. Este arreglo permitirá la sujeción, extracción y colocación de la batería. El segundo subsistema está conformado por dos actuadores lineales, los cuales se encargarán mantener el dron fijo para poder realizarse el proceso de abastecimiento de la batería. Por último, el subsistema de adaptación de batería, que es el diseño de un sistema mecánico que se ubicará en la parte media del dron para facilitar la extracción y colocación de la batería. Las baterías a emplear en este diseño son baterías LiPo 6S y estas tienen unas dimensiones aproximadas de 59 mm x 64 mm x 158 mm. Además, su peso es aproximadamente de 1.5 kg. Esto permitirá realizar un mejor diseño para las consideraciones mostradas. Eventualmente, se delimitó a este tipo de batería ya que son las que más se usan en promedio para drones de dimensiones mayores a un metro de diámetro. El sistema procesará la información en un controlador y estará constantemente validando, enviando y recibiendo data de internet, es decir, monitoreando en la nube. Se realizará un monitoreo de la información en la nube ya que estos sistemas operan de forma automática y además porque es necesario alertar sobre los posibles fallos para que el sistema sea reparado lo antes posible.

Actualmente, la capacidad de las máquinas comerciales disponibles en el mercado mundial para el procesamiento primario de manzanas no es compatible con la escala de producción de las empresas peruanas mayoristas distribuidoras de manzanas. Así pues, las máquinas comerciales para lavado y secado de manzanas usualmente tienen un procesamiento mayor o igual a 10tn/h. En cambio, empresas peruanas mayoristas como Teófila y Asociados SAC solo procesan y distribuyen alrededor de 3 toneladas al día. En consecuencia, muchas empresas peruanas prefieren omitir el procesamiento primario de estas frutas. La presente investigación propone el diseño conceptual de una máquina automática de lavado de manzanas con capacidad de 60 kg y procesamiento de 3000 manzanas en una hora, adecuada para la producción peruana. De acuerdo con las metodologías de diseño mecatrónico (VDI 2206) y de diseño de sistemas técnicos y productos (VDI 2221), este documento analiza y compara sistemas automáticos de lavado; detalla las características de las variedades de manzana Delicia, Winter e Israel y presenta el diseño conceptual de una máquina automática para lavar manzanas, incluyendo el diseño de la interfaz de usuario.