La aplicación de redes inalámbricas de sensores para el monitoreo de parámetros físicos como humedad, temperatura, radiación, luminosidad, vibración, concentración de gases contaminantes, entre otros, es útil porque brinda información precisa para el análisis de distintos ecosistemas en estudios de impacto ambiental, investigación biológica y meteorológica. Sin embargo, se observa dos limitaciones en el uso de esta tecnología. Primero, la instalación de los elementos de la red es una ardua tarea en lugares remotos de difícil acceso como cuencas, nevados, lagos, cerros, ríos, entre otros. Segundo, el tiempo de servicio de los sensores está limitado por la capacidad er,ergétiea de sus baterias, su consumo se acelera porque los datos sensados tienen que ser retransmitidos desde los sensores finales hasta el nodo coordinador de la red, el cual es un equipo costoso y que demanda de un suministro eléctrico de mayor potencia. En consecuencia, el mantenimiento de la red se complica y encarece porque el acceso a los dispositivos demanda mucho tiempo al personal. Ante esta problemática, el presente trabajo pr-opone el diseño de un sistema mecatrónico para transportar los sensores hacia lugares de dificil acceso y recopilar inalámbricamente los datos sensados. En efecto, se ha desarrollado un cuadricóptero (vehículo aéreo no tripulado UAV de cuatro motores) con tres subsistemas. El primero sirve para lograr el vuelo autónomo del vehículo, ya que incluye a un controlador autopiloto que tiene grabada una ruta que le indica sobrevolar por puntos de paso señalados por el usuario en un mapa digital. El segundo es un mecanismo que carga los sensores y los distribuye en puntos georreferenciados en el área de estudio. El tercer subsistema recopila la información tomada por los sensores del ambiente, incluye a un microcontrolador, una memoria SD y un módulo de radiofrecuencia. El módulo RF a bordo del vehículo se comunica con cada uno de los sensores en tierra y recibe los datos sensados, los cuales son direccionados por el microcontrolador hacia la memoria SD, así toda la información queda almacenada para su posterior análisis. De esta forma se busca ampliar el uso de los sensores inalámbricos, ya que este vehículo evitaría el esfuerzo físico de los investigadores para ubicarlos en el área de estudio. Además prolongaría el tiempo de servicio de los dispositivos, ya que el alto consumo energético por las constantes retransmisiones ya no sería necesario, debido a que el vehículo se acercará a cada sensor para recoger inalámbricamente los datos de los parámetros sensados. En el capítulo 1 se presenta la problemática en la aplicación de redes inalámbricas de sensores. En el capítulo 2 se presentan las condiciones y requerimientos que el sistema mecatrónico propuesto debe ser capaz de satisfacer y una introducción acerca del modo en que el sistema logrará cumplir tales requerimientos. En el capítulo 3, se detallan los componentes mecánicos, los dispositivos electrónicos de control y potencia, el sistema de comunicación inalámbrico con los sensores remotos; así como la explicación de su funcionamiento a través de ilustraciones, planos y esquemas. En el capítulo 4 se calcula el costo de fabricación del vehículo. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones del trabajo de diseño, así como las recomendaciones pertinentes. Finalmente, se ha detallado en los anexos los cálculos de diseño del sistema, el proceso de selección y las especificaciones técnicas de los componentes electrónicos, las cotizaciones para la fabricación del sistema, los planos de despiece y ensamble de los elementos mecánicos.

En el presente trabajo se diseña un sistema mecatrónico para la prevención de la excesiva pesca de anchovetas jóvenes; es decir, especies que aún no se han reproducido, con el fin de evitar el uso indiscriminado del recurso y ayudar al cumplimento de las reglas impuestas por el Instituto del Mar Peruano (IMARPE) y por el Ministerio de Producción (PRODUCE) con respecto a la pesca de anchovetas. Estas normas expresan que solo se puede pescar un cardumen donde la cantidad de juveniles, especies con menos de 12cm, sea menor al 10% del cardumen (Ministerio de Producción, 2015). Por ello, el sistema tiene como función principal informarle al usuario el porcentaje de especies jóvenes y adultas encontradas en el cardumen respecto al total. Con dicho fin, el sistema de visión del vehículo sumergible grabará un video usando cámaras estereoscópicas y posteriormente enviará dicho video al computador ubicado en la embarcación. Este computador es el encargado de procesar el video e indicarle al usuario los porcentajes de juveniles y adultos. El trabajo comienza con la investigación de la problemática y tomando como referencia un diseño conceptual desarrollado previamente. Posteriormente, se enuncian los objetivos y el alcance del proyecto. Con dicha información se inicia el diseño por subsistemas, en el cual se realizan los cálculos y selecciones necesarias para los componentes del sistema mecatrónico. Además, se comprueba el funcionamiento de la propuesta mediante un análisis a la estructura del vehículo y una simulación con el algoritmo de visión desarrollado. Finalmente, se obtienen los costos del proyecto, los cuales han sido divididos en costos de componentes y de fabricación.

Con el fin de reducir los principales riesgos presentes en la Cirugía Abierta y la Cirugía Mínimamente Invasiva (CMI), así como las dificultades relacionadas con la micro-manipulación se ha desarrollado el Sistema Robótico HOKUTO, el cual tiene la capacidad de manipular, con un alto grado de precisión, objetos, tejidos u otro tipo de materias físicas cuyas dimensiones sean inferiores a 1 cm. La estructura del sistema está compuesto por tres partes principales: el micromanipulador, la unidad de accionamiento, y el soporte principal. El micromanipulador es un brazo robótico, con forma cilíndrica y de tamaño milimétrico, con un radio de aproximadamente 5mm. El micro-manipulador cuenta con una gran movilidad y destreza de movimiento gracias a todos los grados de libertad (GDL) con los que cuenta: 4 GDL en la muñeca para su desplazamiento dentro de su espacio de trabajo y 1 GDL en el efector final para la sujeción de objetos. La unidad de accionamiento es utilizado para el almacenamiento de todos los actuadores empleados en el sistema, los cuales generan y transmiten el movimiento hasta el micro-manipulador, a través de un arreglo de poleas y cables. El soporte principal sujeta la unidad de accionamiento y almacena todos circuitos eléctricos, así como, la fuente de alimentación. La instalación del sistema se realiza a través del soporte principal, el cual se fija a una superficie horizontal por medio de tornillos, así mismo, cuenta con un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) conectada a una tomacorriente industrial, el cual permite al sistema seguir funcionando aun cuando se produzcan apagones o fallas en la fuente principal de energía. El sistema requiere de un operario capacitado para su uso. El control se realizará desde una computadora personal (PC), a través del software Microsoft Visual C++, el cual permitirá controlar cada movimiento del robot de forma independiente y proporcionará retroalimentación sobre la posición de cada una de las articulaciones del micro-manipulador en tiempo real. Cada uno de los componentes mecánicos del sistema estará fabricado en acero inoxidable 316, lo cual permitirá utilizarlo como una herramienta de inspección en Cirugía Robótica Mínimamente Invasiva (CRMI).

En los últimos años, la contaminación se ha convertido en un problema de nuestra sociedad moderna, actividades como generación de desperdicios por medio de desechos o residuos, descargas de aguas residuales, plantas de tratamiento ineficientes, residuos de botes y embarcaciones ha incrementado la contaminación especialmente en la zona litoral de diversos países, siendo las playas las más afectadas, donde el hombre tiene mayor impacto cuyos vertidos alcanzan el 80% de la totalidad de desechos marinos. Por otro lado existen otras causas como la marea o los desastres naturales que contribuyen en parte a la contaminación. Estos problemas que se han mencionado tiene un gran impacto en nuestro ecosistema; ello constituye un serio impacto en la vida marina, destruyendo sus ecosistemas, el medio ambiente; poniendo en riesgo la salud de los seres humanos. Ante la necesidad de controlar mejor la disposición de basura y otros desechos, en ríos, arroyos y océanos se busca minimizar los vertidos terrestres de los desechos marinos, en la cual su mayoría corresponde al plástico, y crear una cultura de concientización de la contaminación en las personas. La tecnología actual busca desarrollar nuevos métodos en el desarrollo de robots limpiadores. No obstante, se ha visto un mayor enfoque en mecanismos diseñados exclusivamente para interiores, dejando a un lado por el momento a la problemática presente fuera de nuestros hogares. La presente tesis está enfocada en el diseño de un sistema mecatrónico, el cual basa su funcionamiento en el desarrollo de un vehículo con un mecanismo de recolección de residuos, una suspensión mecánica independiente y una autonomía completa que le permite evadir obstáculos presentes en una playa como personas, sombrillas, sillas o la orilla misma. El vehículo contará con una cámara, la cual será el dispositivo que le permite la capacidad de buscar, recolectar y depositar en un respectivo contenedor desechos de residuos tales como latas de aluminio, botellas de plástico. Habilitado para navegar a través de todo tipo de terreno irregular de una playa ya sea sobre un terreno seco o húmedo gracias a su suspensión mecánica independiente que posee cada rueda. Por otro lado, el vehículo contará con diversas características que lo volverá un robot atractivo para los seres humanos, en busca de una interacción natural. Para lograr ese efecto, el robot contará con un rostro que emule estados de ánimo y en su conjunto con el vehículo será una herramienta que enseñe a las personas como proteger el medio ambiente.

En la actualidad, existe una gran variedad de máquinas que cumplen múltiples funciones y son usadas para facilitarnos en ciertas actividades domésticas permitiéndonos ahorrar tiempo. El separar manualmente pasta según las porciones que se necesita es una actividad tediosa para quien cocina. Además, se invierte tiempo útil y si esto se calcula para un restaurante, también habría perdidas económicas debido a que muchas veces sobra o falta este insumo al momento de atender al cliente. El objetivo principal de este trabajo es el diseño de un sistema mecatronico capaz de separar espagueti en porciones de 100 g. de una manera rápida, sencilla con un mecanismo simple. Con esto, quien prepara los alimentos se ahorrará tiempo. Además, este dispensador puede ser usado en restaurantes, debido a que sería muy útil para los cocineros al tener una cantidad precisa para porciones. El sistema cuenta con un panel de control, 2 sensores (fotointerruptores) y 1 motor DC. A continuación, se detalla el desarrollo mediante 5 capítulos adecuadamente estructurados. - Primer capítulo: se presenta la problemática para la cual el dispensador es la solución a esto. - Segundo capítulo: se mencionan los requerimientos mecánicos y electrónicos del sistema mecatrónico. - Tercer capítulo: se explican el algoritmo de funcionamiento, los componentes electrónicos, los planos mecánicos y el diagrama diseñado. - Cuarto capítulo: se presenta el presupuesto de la máquina. - Quinto capítulo: se presentan las conclusiones, comentarios los cuales son favorables para este sistema mecatrónico.

Esta tesis presenta el diseño de un mecanismo de dos grados de libertad para una prótesis robótica transtibial que cuenta con dorsiflexión/flexión plantar e inversión/eversión activas. Así mismo, se expone el diseño de un pie protésico que complementa a dicho mecanismo para obtener una prótesis robótica transtibial que no incluye al socket del paciente con amputación. Este mecanismo de 4,63 kg es capaz de proveer el torque adecuado en el momento necesario a fin de que personas con amputación de miembro inferior y de aproximadamente 60 kg de peso, puedan trasladarse en superficies planas e inclinadas realizando giros de hasta 19° en dorsiflexión, 20° en flexión plantar, 25° en inversión y 10° en eversión. Además, el mecanismo permitiría al usuario caminar en un plano horizontal o en un plano inclinado de hasta 25° de inversión. Por otro lado, se seleccionan los componentes electrónicos que utiliza el sistema de control para realizar los giros mencionados automáticamente gracias al uso de un microcontrolador. Por último, se presenta la lista de planos de ensamblaje y despiece del mecanismo, junto al costo total de producción de la prótesis diseñada cuyo valor es de aproximadamente S/. 12 500 mil soles. Entre los pasos a seguir para lograr el diseño del mecanismo se encuentran, un breve estudio en torno a la anatomía y biomecánica del tobillo, y una investigación en torno a los mecanismos en prótesis robóticas transtibiales y sistemas electrónicos y de control. La información obtenida se utilizó para proponer un diseño conceptual considerando la norma alemana de diseño mecatrónico VDI 2206. Luego, se llevó a cabo un análisis cinemático para obtener las fuerzas que el mecanismo debe generar durante todo el ciclo de marcha, las cuales fueron consideradas en los cálculos y simulaciones por elementos finitos realizados para una correcta selección y diseño de los componentes mecánicos del mecanismo. Finalmente, se realizó un modelo dinámico del mecanismo y una selección de componentes electrónicos para obtener las funciones de transferencia de un sistema de control para la prótesis que podría ser implementado en trabajos futuros.

Actualmente, diversos laboratorios están implementando módulos de ensayo que permitan evaluar el funcionamiento de prótesis de miembro inferior sin la intervención de un paciente. Esto se debe a que no existe un estándar para evaluar la funcionalidad estas prótesis; el incremento de costo y tiempo en las pruebas y rediseño por el riesgo que suponen, así como otros inconvenientes como la falta de repetibilidad. Por ello, la presente tesis desarrolla el diseño de un módulo de ensayos para prótesis transtibial que permite emular condiciones de marcha en superficies planas, inclinadas y con irregularidades. Primero, se describe un marco teórico sobre el análisis cinemático y cinético de la marcha humana, así como un estado del arte referente a los módulos de ensayo existentes. Además, se presenta el diseño conceptual del módulo propuesto. Luego, se presenta el subsistema mecánico conformado principalmente por la estructura soporte, un eje lineal de husillo de bolas y una caja reductora rueda-tornillo sinfín; así como los cálculos mecánicos necesarios para su diseño, selección de componentes y una validación estructural por simulación digital. A continuación, en el diseño electrónico y de control, se presenta el diagrama de bloques, en el cual se aprecian los componentes tales como sensores y actuadores, fuentes de alimentación y controladores. Luego, se continúa con la selección de componentes y se presenta el subsistema electrónico definitivo. Después, se presenta el subsistema de control a utilizar y la lógica de funcionamiento general mediante un flujograma. Más adelante, se presenta la interfaz usuario-máquina del módulo de ensayos propuesta. Finalmente, se presenta la estructura de los planos y los costos estimados de diseño y fabricación, los cuales ascienden a S/. 51 212,76. Este diseño se diferencia de aquellos existentes en su capacidad de poder operar en distintas superficies. Gracias a este módulo, se permite prescindir de un paciente humano en una etapa inicial de diseño y fabricación, y de esa manera acelerar la etapa de rediseño, evaluar la competitividad y desempeño de prótesis transtibiales en terrenos variados encontrados en la vida diaria.

El siguiente documento presenta un diseño de pie protésico que permite determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies con irregularidades durante la marcha, el cual incluye un sistema de sensado; este monitoreo es importante pues se demuestra que los usuarios unilaterales sufren condiciones degenerativas en la columna baja y cadera, pues comúnmente emplean más su miembro sano como punto de apoyo. Por el motivo presentado, esta tesis tiene como objetivo realizar el diseño de un pie protésico que permita determinar las fuerzas de contacto en pendientes, escalones y superficies irregulares durante la marcha; y, con estas obtenidas se podrían realizar protocolos biomecánicos del pie, ya que se tendría en conocimiento el valor de la variable fuerza. La estructura del desarrollo está basada en la búsqueda de antecedentes que describan la biomecánica del pie y los pies protésicos actuales sea en fase comercial, investigativa o patentados para obtener la manera de cómo las prótesis de pie se adaptan a diversas superficies. En adición, se parte del diseño conceptual de un pie protésico; este diseño contempla la forma y material para la verificación mecánica. Una vez se tenga el concepto, se valida por medio de cálculos mecánicos de cinética y resistencia para comprobar que soporte el peso de 90 kgf de un usuario, peso seleccionado acorde a la carga para la cual están fabricados los pies protésicos comerciales, y obtener la fuerza máxima de contacto en al caso más crítico de movimiento con el fin de seleccionar el sensor adecuado y las cantidades correspondientes. Luego, se realiza el filtro se las señales leídas y la selección de componentes que acompañan a lo relacionado con los circuitos eléctricos-electrónicos; estos se ubican en una carcasa y no en el mismo pie. Posteriormente, se realizan los planos mecánicos, eléctricos-electrónicos y la sección de costos. Además, se acota que la importancia del diseño de una prótesis de pie que permita detectar las fuerzas de contacto es que puede saber el estado actual del miembro inferior con relación a la homogeneidad de la carga con respecto del otro.

La presente tesis desarrolla el diseño de un dispositivo portátil de rehabilitación pasiva de muñeca que permite al usuario realizar los movimientos de flexión/extensión, desviación radial/cubital y pronación/supinación. Además, presenta un diseño antropométrico respecto al antebrazo y muñeca de la mujer peruana, tiene como principal tecnología de fabricación la impresión 3D. En el desarrollo de ingeniería del dispositivo, se presenta el diseño mecánico del dispositivo de rehabilitación junto con el cálculo de torque necesario para realizar los movimientos de muñeca. Además, se diseña un aplicativo móvil como interfaz de comunicación entre usuario-dispositivo. Por último, se diseña un sistema de control redundante con la finalidad de alcanzar los rangos de movimiento de muñeca deseados, así como también de cuidar la integridad del usuario. El costo de producción del dispositivo es de S/2,560.00 soles, siendo este menor al precio promedio que tienen otros dispositivos comerciales de rehabilitación de muñeca de modo que posee una ventaja competitiva en el mercado.

En los últimos años, las exportaciones de granos andinos se han incrementado, siendo la quinua el de mayor crecimiento [1]. Además, Perú es el primer exportador de quinua a nivel mundial desde el año 2014 (53.3% del volumen total) [2]. Ante tal demanda, el objetivo general del presente trabajo consiste en el diseño de una tostadora para 10 kg de granos de quinua por ciclo, mediante aire caliente. La ventaja radica en que los granos no están en contacto continuo con la superficie interna de la máquina y solo se necesita aire ambiental como fluido para alcanzar la temperatura de tostado. El aire caliente ingresa a la cámara de tostado y ocurre una fluidización continua de los granos debido a la corriente del fluido que mantiene a los granos suspendidos, este proceso se conoce como lecho fluidizado. Finalmente, luego del tueste, los granos son enfriados por un determinado tiempo. La metodología del diseño se basará en la norma VDI 2206 [3] de la Asociación de Ingenieros Alemanes (Verein Deutscher Ingenieure) para sistemas de diseño mecatrónico, complementándose con la norma VDI 2221 [4] para el diseño de sistemas técnicos y productos.