En las últimas décadas, la utilización de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) se ha extendido a diferentes ámbitos de nuestra sociedad. Entre dichos ámbitos nos encontramos con la educación. De manera general, las escuelas han ido incorporando diferentes herramientas tecnológicas con el objetivo de mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje del alumnado. Estas herramientas innovadoras mejoran no solo el aprendizaje, sino también la participación y la presencia del alumnado con Necesidades Específicas de Apoyo Educativo en los colegios ordinarios. Entre este grupo de alumnos y alumnas encontramos aquellos con Trastorno del Espectro Autista (TEA). Un trastorno del neurodesarrollo que afecta la capacidad de los individuos para comunicarse y desarrollar interacciones sociales, junto con la presencia de patrones restringidos y conductas, intereses y actividades repetitivas. Esta línea de diagnóstico trae consigo un grupo muy heterogéneo de individuos, para los cuales es muy complicado identificar un método concreto de aprendizaje. La utilización de las TIC ha añadido nuevas posibilidades para su intervención educativa. Entre estas herramientas tecnológicas ha experimentado un gran auge la robótica educativa la cual, gracias a su predictibilidad, su capacidad para actuar como soporte visual y secuenciar la presentación de la información se constituye como una herramienta ideal para la enseñanza de este alumnado. No obstante, el elevado coste de los robots, así como la falta de dispositivos, hace que la mayoría de las aplicaciones se desarrollen en un entorno clínico y no educativo. Ante este panorama, la presente investigación tiene por objetivo general evaluar la competencia en el área de comunicación e interacción social del alumnado con Trastorno del Espectro Autista (TEA) a partir de la aplicación en función de la utilización de la robótica. Para ello, se opta por un enfoque cuantitativo cuasi experimental con un diseño de dos grupos no equivalentes con pretest y postest y grupo control. Donde tanto los participantes del grupo control, quienes realizan las tareas sin utilizar la robótica, como los participantes del grupo experimental, quienes realizan las tareas con mediación del robot Bee-bot, son alumnos y alumnas con TEA. y grupo control. El procedimiento utilizado para la selección de la muestra fue el muestreo no probabilístico disponible entre las unidades específicas de Comunicación y Lenguaje de la ciudad de Alicante (UECil). Por otro lado, el instrumento utilizado fue el cuestionario diseñado adhoc CACIS-TEA y el análisis de datos se realizará con el paquete estadístico SPSS para Windows (Statistical Package for Social Sciences) en su versión 21. El análisis de datos se basa en pruebas no paramétricas. Los resultados indicaron variaciones en un mayor número de ítems del cuestionario para el alumnado del grupo experimental. Asimismo, también indican que alumnado del grupo experimental ha mejorado significativamente sus habilidades en el área de comunicación e interacción social tras el desarrollo del programa de intervención mediado por el robot Bee-Bot, respecto al alumnado del grupo control en el que se ha aplicado una metodología sin TIC. Y, por último, se observan diferencias significativas dentro del grupo experimental en función del tipo de comunicación, el género y el nivel actual de competencia (NAC). Como conclusión se puede afirmar que este la robótica posee potencialidades para el aprendizaje del alumnado con Trastorno del Espectro Autista.

La estimación de pose a partir de modelos 3D es un problema muy común dentro de las aplicaciones de robótica, tales como la realidad aumentada, la detección de objetos, el modelamiento 3D fotorrealista, entre otras. Dicha estimación consiste en la obtención de los parámetros extrínsecos de una cámara (posición y orientación) en un sistema de coordenadas determinado, a partir de una imagen capturada por dicha cámara, los parámetros intrínsecos de la misma y el modelo 3D del objeto o escena que se quiera detectar. La realidad aumentada aplicada al patrimonio cultural pretende mejorar la experiencia de aprendizaje en lugares arqueológicos. En estos sistemas se emplea diferentes métodos para estimar la posición de la cámara; estos pueden ser basados en la detección de bordes, la detección de puntos característicos, entre otros. La elección del método a emplear depende de las características que posea el escenario a ser detectado. En este trabajo se realizó un estudio de los principales métodos de estimación de pose basados en modelos 3D. Asimismo, se presenta la implementación y validación de un algoritmo de estimación de posición, orientado a la inicialización de un sistema de realidad aumentada basado en modelos 3D aplicado al patrimonio cultural, particularmente en este trabajo, la Huaca de la Luna. El desarrollo de este sistema presenta una metodología de diseño compuesta por diferentes bloques. En cada bloque se seleccionaron diferentes algoritmos, los cuales fueron evaluados tomando en consideración los valores de precisión y exactitud de los resultados de Rotación y Traslación, obtenidos por cada uno de ellos. De esta manera se llegó a una solución robusta y eficiente.

La calidad de vida de una persona que sufre alguna discapacidad motora hoy en día depende de muchos factores. Entre ellos los más importantes son el factor económico, familiar y emocional. La discapacidad motora es la incapacidad de controlar los músculos del cuerpo. Esta hace de la persona con discapacidad dependiente de otra persona. En la actualidad existen tratamientos físicos, psicológicos que contribuyen a mejorar la calidad de vida, pero esto no evita la que sigan siendo dependientes de otras personas. En este contexto, la presente tesis, desarrolla la implementación de un sistema robótico que devuelve la autonomía parcial a una persona con discapacidad motora para permitir a las personas realizar algunas labores cotidianas. En la presente tesis se describe entonces las tecnologías, mecánica, eléctrica, control e informática para la correcta implementación del sistema robótico, donde las principales partes del sistema son: brazo robótico, casco con electrodos pasivos, pantalla de interacción, cámaras HD. Con el fin de determinar si la implementación de sistema robótico tuvo éxito, se realizan pruebas con personas sanas, teniendo resultados satisfactorios después de las sesiones de entrenamiento y de experiencia con el sistema robótico.

La presente tesis tiene como objetivo diseñar un sistema de seguridad para brazos robóticos adaptable a los principales contextos de operación industrial: traslado de materiales, soldadura y ensamble de piezas; con este sistema se espera brindar una solución libre para la implementación de sistemas de seguridad en líneas de producción de modo que los costos y los tiempos de ingeniería se reduzcan considerando el aumento en el uso de brazos robóticos en la industria peruana. Los objetivos de la tesis son: el diseño de los subsistemas de sensado y actuación del sistema de seguridad, el diseño de un algoritmo para la configuración estándar de los parámetros iniciales del sistema, la implementación de un prototipo que simule el funcionamiento del sistema, y la estimación de los costos totales del proyecto. Como principal conclusión del trabajo realizado se diseñó un sistema de seguridad adaptable a al menos tres casos comunes de aplicación industrial de los brazos robóticos con un nivel de desempeño PLb según la norma ISO 13849-1:2015. El sistema de seguridad está compuesto por un PLC y tres sensores especializados para aplicaciones de seguridad. El sistema incluye además elementos de alarma sonora y luminosa para comunicar el nivel de peligro cuando un objeto o persona se acerca lo suficiente al área alrededor del brazo, así como un display indicador de cercanía. En caso el objeto o persona acceda a un área de peligro (Zona Danger), un contactor desconectará la alimentación del brazo robótico. La presente tesis es la continuación de un trabajo de fin de carrera de la misma autoría (Sistema de seguridad adaptable para brazos robóticos. Trabajo de Fin de Carrera, 2019).

En la actualidad, la cuadriplejia resulta ser uno de los padecimientos más difíciles de afrontar, al ser una discapacidad irreversible, la cual implica la inmovilización de miembros superiores e inferiores, ocasionando un alto impacto en la vida de un ser humano. El resultado de esta patología influye en la dependencia de una segunda persona, generándole sentimientos de inferioridad, perdida de su intimidad y sobre todo aislamiento social. Dada la existencia de esta patología, diversas instituciones han desarrollado soluciones que a la actualidad han demostrado que una persona con padecimiento de cuadriplejia puede tomar el control de diversos dispositivos usando medios alternativos, como el movimiento ocular, señales electroencefalográficas u órdenes verbales resultando atractivo para su desarrollo tecnológico. El presente proyecto de investigación se centra en la creación de un sistema de asistencia robótica basado en el control por voz que, a diferencia de otros, tiene un óptimo funcionamiento sin la limitación de estar conectado a un ordenador y/o a internet, siendo un sistema fácilmente transportable y adaptable a cualquier entorno en el que se encuentre el discapacitado. Con la ayuda de este sistema, el usuario podrá tener el control de un mecanismo robótico, con el cual ejecutará acciones que normalmente son realizadas por una segunda persona. Adicionalmente, se presentará la simulación del sistema y sus resultados al evaluar su performance y su funcionalidad con respeto al ayudar a personas que padecen de cuadriplejia ya sea en la realización independiente de ciertas actividades de su vida cotidiana, como asearse o alimentarse. Este proyecto sumará también a la labor de diversos especialistas enfocados en ayudar psicológicamente a las personas con padecimiento de cuadriplejia, cuya esencia se basa en mejorar su autoestima, su inserción en la sociedad y sustancialmente su calidad de vida y de los que lo rodean.

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).

El presente trabajo presenta una prótesis de antebrazo que integra elementos de soft robotics para lograr una prótesis de muñeca capaz de mover una mano con tres grados de libertad, al igual que su contraparte real. Inicialmente se realizó un estudio previo para identificar los movimientos de una muñeca a emular y recopilar modelos existentes de prótesis de antebrazo como parte del estado del arte. A partir de esto se propuso un diseño de prótesis de antebrazo capaz de emular dichos tres movimientos de la muñeca mediante la integración de músculos artificiales neumáticos y otros componentes electrónicos. A continuación, se procedió a realizar el diseño definitivo del sistema. Para ello se realizó una lista de los componentes requeridos en cuanto a sensores, actuadores y controladores. Por cada componente se recopilaron posibles modelos comerciales disponibles, y se seleccionó el más adecuado teniendo en cuenta las características deseadas según las condiciones de trabajo. Además, se realizó el modelado de la estructura de la prótesis y de los subsistemas involucrados mediante el software de diseño mecánico Autodesk Inventor. La prótesis de antebrazo desarrollada es un dispositivo portátil capaz de trabajar de manera continua por aproximadamente 6 horas, el cual cuenta con todos los elementos requeridos para realizar las tareas deseadas. Por último, se estima el costo total de la prótesis, incluyendo el costo de sus componentes electrónicos y mecánicos, elementos de pernería y cableado, y su manufactura, obteniendo un total de S/. 2222.30, el cual aumenta a S/. 10522.30 al incluir costos de diseño y ensamble. Además, se realizan simulaciones acerca del comportamiento del sistema mediante el uso de software como Autodesk Inventor o la herramienta de simulación ANSYS. Del mismo modo, se exploran las pruebas experimentales requeridas para validar el funcionamiento de un músculo artificial para futuras pruebas experimentales de este elemento.

La motivación de esta tesis consistió en investigar el empleo de sistemas visuales monoculares en ambientes subacuáticos e implementar soluciones novedosas a los problemas complejos que en tales ambientes se presentan. Algunos de los principales aportes de este trabajo son: el desarrollo de algoritmos para la navegación en ambientes altamente auto-símiles, la implementación de un sistema monocular SLAM (Simultaneous localization and Mapping) denso orientado a su uso en ambientes subacuáticos, el desarrollo de una metodología robusta para la exploración retorno y revisita basada en SLAM, la implementación de un filtro de onda cáustica para ambientes tridimensionales. La validez de los resultados obtenidos teóricamente se verificó experimentalmente en ambientes subacuáticos controlados. / The motivation of this thesis consisted in researching the use of visual-monocular systems in underwater environments and to implement novel solutions to the complex problems that arise in such scenes. Some of the main contributions of this work are: the development of algorithms for navigation in highly self-similar scenes, the implementation of a dense monocular SLAM system (Simultaneous localization and Mapping) developed to be used in underwater scenes, the development of a robust methodology for exploration, return and revisiting based on SLAM, the implementation of a caustic wave filter for tridimentional environments. The validity of the obtained results were verified experimentally in controlled underwater environments.

Actualmente en el Perú el uso de la tecnología para la educación se ha dado con tecnología importada de manera específica para el área de Ciencia, Tecnología y Ambiente (CTA). La problemática de esta situación es que son tecnologías que muchas veces no toman en cuenta la realidad de la educación en el país y esto puede influir en los bajos o lentos resultados que saltan a la vista sobre la mejora en la educación peruana. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo de tesis es el desarrollo de un módulo electrónico para la enseñanza del área de ciencia, tecnología y ambiente en la educación secundaria peruana que permita incrementar el interés en ingeniería de los adolescentes de los tres últimos años de educación secundaria a través del estudio y uso de subsistemas electrónicos. Para alcanzar el objetivo se trabajó en evaluar las distintas tecnologías utilizadas alrededor del mundo para la robótica educativa, que pueden ser de apoyo en el aula o como herramientas para las competencias de robótica y se encontró varios logros obtenidos en otros países como Uruguay con el “Proyecto Butiá”, en Argentina con el robot “Múltiplo” y los avances en este tema en Europa y Iberoamérica. Para el desarrollo del módulo electrónico educativo de este trabajo de tesis se tomaron tres etapas: primero, una de aprendizaje básico de electrónica; segundo, un diseño de un módulo electrónico general; y la implementación de tres proyectos aplicativos. Los resultados obtenidos se basaron en el desarrollo de un Taller de Electrónica a 12 alumnos de 3er, 4to y 5to grado de educación secundaria del IEP San Martín de Porres en el periodo educativo 2014, y se comprobó la hipótesis planteada en este trabajo, que pruebe que el rendimiento educativo en CTA de los alumnos del colegio San Martin de Porres está en función de su desempeño en un Taller de Electrónica, donde diseñan e implementan un módulo de electrónica. Así lo muestran los resultados del mejor rendimiento de los alumnos en el curso de CTA comparando datos de notas del 2013 y 2014, donde se incrementó la nota media de 15.42 a 16.92 en un rango de 1 a 20 y una desviación estándar que disminuyo de un valor de 1.31 a 0.79. Finalmente, la conclusión más importante es que un Taller de Electrónica para estudiantes de 3er, 4to y 5to grado de educación secundaria del IEP San Martín de Porres de año lectivo 2014, donde la implementación del Módulo electrónico para la enseñanza de temas relacionados a la electrónica influyó positivamente en el interés en el área de Ciencia Tecnología y Ambiente porque incorporó un aprendizaje activo a través del uso de herramientas electrónicas de fácil acceso.

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.