La utilización de robots móviles en el campo de la robótica industrial y la robótica de servicio es cada vez mayor. La mayoría de los diseños de estos robots móviles posen la denominada tracción diferencial. Esta no permite el movimiento omnidireccional y requiere de complejos algoritmos de control para la generación de trayectorias. Por otro lado, los robots que poseen tracción omnidireccional han sido poco estudiados. El objetivo de la tesis es diseñar e implementar un robot móvil con una esfera de tracción omnidireccional, que permita al robot realizar cambios repentinos de trayectoria sin tener que realizar giros. El robot tendrá una única esfera de tracción que será actuada por dos motores eléctricos. El control de los motores permitirá controlar el movimiento omnidireccional en el plano de desplazamiento del robot. El tamaño de la base del robot será de 10cm x 10cm y los motores eléctricos son controlados por un microcontrolador ATMEGA88PA y un controlador de motor L298 a través de señales moduladas por ancho de pulso (PWM). Se realizarán y documentarán diferentes experimentos de generación de movimiento (lateral, diagonal y circular) y en base a estos resultados el diseño del robot será evaluado. / Tesis

Las plantas conforman gran parte del planeta cumpliendo un rol muy importante en el ecosistema de la Tierra; sin ellas, nuestro entorno no sería como lo conocemos. Este asunto de estudio busca trasladar una planta hacia una zona donde exista mayor cantidad de luz y en la medida de lo posible, trasladarla a una zona donde incida luz solar directa. Se utilizó la robótica como medio para poder lograr esta labor, para así desarrollar un producto con un objetivo definido y un uso determinado. Este estudio sería la base para lograr un producto comercial. Se desarrolló un robot autónomo el cual consta de un sistema de desplazamiento a base de servomotores, un sistema de sensores infrarrojos para la detección de obstáculos, un sistema de sensores de intensidad de luz, y un sistema de control basado en el microcontrolador ATmega8 de la familia ATMEL. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Electricista / Esta tesis presenta una investigación acerca de la destreza que tiene la mano, específicamente en su capacidad de realizar agarre y manipulación de objetos. Con la finalidad de imitar esta destreza, se busca desarrollar un modelamiento de la mano a partir de principios físicos y analogías fisiológicas, así como también de generar señales de actuación similares, emulando al sistema nervioso central del ser humano. El modelamiento del problema se basa en un objeto que es manipulado por dos dedos robóticos con yemas semi-esféricas y deformables. Para caracterizar el comportamiento del contacto entre las yemas y el objeto, se utilizan dos recientes modelos de deformación (modelo de Arimoto y modelo de Inoue & Hirai), los cuales permiten un mejor agarre del objeto a través de un área o superficie de contacto. Además, la forma semi-esférica de las yemas permite la existencia de un rodamiento entre las yemas y el objeto, propiedad trascendental en las diversas tareas de manipulación. En base al principio de superposición, el cual separa tareas complejas en diversas tareas simples, se diseñan estrategias de control que garantizan un agarre estable y manipulación del objeto. Luego, con el fin de preservar la pasividad en lazo cerrado ante cada una de estas tareas, se modifica la energía potencial del sistema de modo de garantizar la convergencia de las variables de control. Para el caso en que se tiene un movimiento planar (2D), tanto de los dedos como del objeto, se realiza un estudio de factores que tienen relevancia en el agarre y la manipulación, como es el caso de los grados de libertad del sistema, y el tamaño y la masa del objeto. Posteriormente, para el modelo de deformación de Arimoto, se propone una nueva ley de control para el agarre estable del objeto, que garantiza la convergencia de la fuerza de contacto a su valor deseado y que no considera la información del objeto (caso ciego), por lo que no es necesario contar con sensores externos, como es el caso de cámaras o sensores infrarrojos, para obtener el estado del objeto. Además, se proponen nuevos algoritmos de control ciegos para la manipulación del objeto (orientación y traslación), como también para el caso con gravedad. Adicionalmente, se diseñan nuevas estrategias de control para agarre estable y manipulación utilizando el modelo de deformación de Inoue & Hirai. A diferencia del modelo de Arimoto, este modelo de deformación considera más fenómenos físicos, como la deformación tangencial y la dependencia de la orientación relativa entre la yema y el objeto. Se muestran analogías entre los dos modelos, lo cual es de gran relevancia dependiendo si se busca un comportamiento general del sistema, o si se desea obtener una descripción más exacta de la deformación. Se extrapolan los desarrollos para el caso en que se tiene un movimiento tridimensional del dedo pulgar con la modelación de Arimoto, teniendo especial cuidado en modelar las restricciones de rodamiento y los movimientos del objeto. Ante esto, es posible imponer objetivos de control en diferentes ángulos mediante nuevos algoritmos de control ciegos, manteniendo una estructura similar a las estrategias diseñadas para el caso 2D. Finalmente, se verifica el desempeño de las leyes propuestas mediante simulaciones numéricas. Los resultados obtenidos en los casos estudiados comprueban los desempeños previstos teóricamente, especialmente los referidos a la estabilidad del sistema y a la convergencia de las variables de control.

Magíster en Ciencias, Mención Computación / A lo largo de la historia, la humanidad se ha esforzado por desarrollar máquinas que faciliten la vida de las personas, frecuentemente concentrándose en producir máquinas autónomas que logren reemplazar a los humanos en tareas específicas. En dicho contexto, la Robótica es a menudo identificada como la disciplina que mejor simboliza el desarrollo de máquinas autónomas. En general, un robot autónomo debe exhibir al menos 3 capacidades: i) percepción de su entorno, ii) navegación y desplazamiento, e iii) interacción con su entorno. En particular, dentro de las formas interacción posibles, la manipulación de objetos es interesante, puesto que faculta al robot para modificar el ambiente de acuerdo con sus necesidades. Para que un robot pueda manipular un objeto es necesario definir una estrategia de agarre, es decir, un punto de agarre y una parametrización del efector que permita realizar el agarre según las restricciones de la tarea en ejecución. La generación de dichas estrategias es conocida como síntesis de agarres y durante la última década ha sido abordada principalmente mediante el uso de información sensorial, con el fin de identificar las características del objeto que permiten definir una estrategia de agarre adecuada. Esta tesis propone un descriptor local 3D original, denominado Directed Curvature Histograms (DCH), el cual describe la vecindad de un punto utilizando la forma en que varía la curvatura de la superficie en distintas direcciones. A diferencia de los enfoques basados en curvatura existentes en la literatura, DCH utiliza la dirección en la que varía la curvatura como un elemento significativo para la descripción de los datos. El presente trabajo también propone un método para la síntesis de agarres que utiliza DCH, combinando técnicas de aprendizaje no-supervisado y supervisado. Tal método difiere de los enfoques actuales puesto que basa sus hipótesis en el estudio del comportamiento humano en la manipulación de objetos, presentado por Feix et al. [1]. Además, el método propuesto saca provecho de la información sensorial 3D disponible, aprendiendo simultáneamente a identificar puntos de agarre adecuados, así como parametrizaciones apropiadas para manipular un objeto arbitrario. Los resultados experimentales muestran que DCH es capaz de reflejar las variaciones en la curvatura de una superficie, en diferentes direcciones. Tales resultados también muestran que la información suministrada por DCH permite que el método de síntesis de agarres propuesto pueda entrenar un clasificador (índice ROC igual a 0.961), con el objetivo de identificar los puntos de agarre y parametrizaciones adecuadas para manipular un objeto arbitrario. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Proyecto FONDECYT 1140783

El objetivo de esta tesis es el desarrollo e implementación de una arquitectura híbrida de control para robots bípedos humanoides. Una arquitectura híbrida es aquella que permite tener diferentes niveles de control que funcionan en paralelo, cada uno de los cuales se evalúa a diferente frecuencia con diferente información sensorial. La arquitectura implementada se estructura en tres niveles. La meta es lograr que los niveles superiores tengan información de más alto nivel que se puede obtener a una frecuencia más baja, a diferencia de lo que ocurre en los niveles inferiores, en donde la información sensorial es de menor calidad pero obtenida a una frecuencia mayor. Esto permite jerarquizar el desarrollo de los comportamientos según la calidad de información que requieren y su frecuencia de actualización. Los principales aportes de esta tesis son la implementación de una estructura híbrida en tres niveles: reactivo, deliberativo y planificación; que permiten manejar comportamientos individuales o grupales de robots, que logra operar con múltiples objetivos en los diferentes niveles de la toma de decisiones. Esta arquitectura se diseña de tal forma que los comportamientos grupales, definidos en el nivel de planificación, configuran misiones para los comportamientos del nivel deliberativo, los cuales a su vez definen objetivos para los del nivel reactivo, los que finalmente seleccionan las acciones a ejecutar. El manejo de objetivos múltiples se basa en una evaluación de los diferentes objetivos a lograr en el nivel deliberativo, generando un puntaje por cada uno de ellos, los que son actualizados en el nivel reactivo para que reflejen los cambios en el entorno del robot. Para evaluar el funcionamiento de la arquitectura diseñada se realizaron diferentes pruebas, tanto en simulador -para así disminuir los daños- como en los robots reales. El objetivo de éstas fue verificar que el diseño cumplía con los requerimientos de las diferentes misiones, sin mermar la reactividad del robot en ningún instante. En efecto, en los experimentos efectuados con los robots reales, la efectividad del robot en marcar goles fue sobre 80% para las misiones de atacante demostrando gran reactividad y precisión. Además en cuanto al manejo de múltiples objetivos, se destaca que en la misión de arquero el robot pudo realizar visión activa sin perder la reactividad lo que permite al robot detectar las caídas en 57 [ms]. Adicionalmente, se lograron generar comportamientos grupales y desarrollar estrategias conjuntas, las que no afectaron las misiones individuales de los robots cuando hubo problemas en la comunicación de datos. Estos resultados demuestran las ventajas de la estructura híbrida en cuanto al manejo de los recursos computacionales del robot gracias a la ejecución de los comportamientos en diferentes niveles permitiendo a éste cumplir diferentes misiones sin afectar su capacidad de reacción. Finalmente, cabe destacar que esta arquitectura fue exitosamente usada para competir en competencias internacionales de robótica RoboCup 2010.

Ingeniero Civil Mecánico / Un robot blando es una nueva clase de máquina que se caracteriza por estar conformado principalmente por materiales altamente deformables y blandos, como elastómeros. Estos robots pueden lograr tareas complejas mediante sistemas simples y de bajo costo. El presente trabajo de título consiste en el diseño y fabricación de un robot blando similar a un gusano y en la implementación de control de lazo cerrado sobre este, utilizando sensores blandos que otorgan sentido táctil. La motivación de este trabajo es producir resultados de interés científico, dado que no existen precedentes de esto en la literatura. El robot desarrollado se inspira en el cuerpo de los gusanos terrestres y cuenta con dos tipos de músculos de acción neumática: uno de deformación preferente radial (ubicados como cabeza y cola) y otro axial (entre estos dos), los cuales imitan un metámero (segmento muscular) de un gusano y permiten desarrollar un movimiento peristáltico en cavidades mediante una ejecución coordinada. Los actuadores radiales se hinchan anclándose a las paredes y el actuador axial desplaza el cuerpo del robot. El robot está conformado principalmente por resina de silicona altamente deformable. Se utiliza un diseño de sensor blando resistivo para medir deformación, compuesto de una matriz de silicona y canales internos rellenos de metal líquido. La deformación de los canales genera un cambio en la resistencia al variar la geometría del conductor. Estos sensores se ubican en el manto del actuador radial junto con una banda estriada, de esta forma, además de medir deformación, la localización de la presión en las estrías cierra rápidamente los canales al ocurrir contacto, alzando la señal del sensor. Se fabrica una serie de sensores y actuadores blandos mediante moldes impresos en 3D. Estas componentes son ensambladas y caracterizadas en diversos ensayos, demostrando que efectivamente existe un cambio perceptible en la señal del sensor cuando el actuador radial se expande y hace contacto con las paredes internas de una cavidad, luego, el uso de la derivada de la señal permite la toma de decisiones. Se propone, diseña e implementa un sistema de control para el robot, utilizando un Arduino UNO como controlador, el cual recibe la señal acondicionada de estos sensores a través de un circuito de amplificación, y manipula un arreglo de transistores para la activación de compresores y válvulas del circuito neumático. El algoritmo de movimiento se programa mediante la definición de estados y condiciones de transición basadas en el uso de la derivada promedio y el tiempo transcurrido. Finalmente, el sistema completo se ensambla y se realizan pruebas de concepto, demostrando que el robot puede trepar verticalmente en un tubo circular de diámetro variable bajo un mismo controlador, e incluso en cavidades abiertas (como planos divergentes) e irregulares.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El presente trabajo para optar al título de magíster en ciencias de la ingeniería, mención mecánica radica en el diseño, fabricación y caracterización de una población heterogénea de robot modulares blandos. Cada robot modular es capaz de realizar un movimiento único y que en conjunto logran realizar tareas más complejas y complicadas. Cada diseño posee una característica propia la cual logra que el comportamiento de cada robot modular blando sea completamente diferente a otro. Principalmente se utiliza una fibra idealmente no extensible para impedir o guiar la expansión en ciertas direcciones logrando que el robot tenga la capacidad de rotar, de inclinar, de deslizar o de expandir en una dirección o en dos direcciones. Todos los robot modulares son simulados en un software de elementos finitos y dinámica de fluido computacional con las propiedades de un material tipo hiperelástico y un material idealmente inextensible, los cuales son sometidos a un procedimiento de presurización y despresurización controlado para observar su comportamiento e.g. su desplazamiento, deslizamiento o rotación. La fabricación de cada robot modular es realizado utilizando el método llamado litografía blanda, el cual se usa un tipo de elastómero que dentro de sus características se destacan su gran capacidad expansiva y su resistencia a la rotura. Esta silicona es depositada en moldes generadas por impresión 3D con el método llamado modelado por deposición fundida el cual es un proceso de fabricación utilizado para el modelado de prototipos y la producción a pequeña escala. Se ha realizado una comparación entre los datos adquiridos mediante las simulaciones y los datos empíricos obtenidos en base a las pruebas hechas de presurizado y despresurizado. Se adquieren el error estándar del comportamiento controlado que presenta cada módulo mediante su desviación estándar dividida por la raíz cuadrada del número de repeticiones. En esta tesis se ha podido concluir que la población de robots modulares blandos presenta un gran potencial para ser utilizados en variadas áreas de la investigación, gracias a su versatilidad para lograr diferentes configuraciones en su sistema logrando así una amplia gama de movimientos.

El siguiente documento de tesis tiene como principal objetivo el diseño de un sistema guía de recorridos en el Museo de Arte y Tradiciones Populares del Instituto Riva Agüero, entidad perteneciente a la Pontificia Universidad Católica del Perú. [1] En el primer capítulo del presente documento se describirán algunas características pertinentes de los museos incluyendo los estándares adecuados para iluminación y sonido, por último, se explicará los problemas encontrados en los sistemas convencionales utilizados para recorridos guiados en los ambientes de los museos, En el segundo capítulo, se presentará los actuales sistemas utilizados en los museos más visitados del mundo, desde la inclusión de adecuados sistemas de iluminación hasta la integración de nuevas tecnologías como son la utilización de robots y el desarrollo de los museos interactivos. En el tercer capítulo, se analizarán los principales criterios para la elección adecuada de los circuitos electrónicos utilizados en el diseño del sistema guía de recorridos en el primer ambiente del Museo de Arte y Tradiciones Populares. En el cuarto capítulo, se presentarán simulaciones del funcionamiento de los diseños escogidos por etapas, finalmente se presentará la implementación y realización de pruebas de un prototipo del sistema completo. / Tesis

El presente trabajo de tesis aborda el tema de cirugía robótica, una tecnología aplicada en países extranjeros y ausente en el Perú. Se busca aplicar la tecnología robótica a la técnica quirúrgica endoscópica en las ramas de laparoscopia y artroscopia. La endoscopia es una técnica que permite al cirujano ver al interior del paciente usando una microcámara que es insertada a través de una pequeña incisión hecha al paciente. Esta técnica puede aplicarse a diferentes partes del cuerpo, cuando se aplica al estómago es llamada laparoscopia y cuando se aplica a la rodilla se le conoce como artroscopia. En Lima, los cirujanos tienen experiencia en la aplicación de laparoscopia y artroscopia aunque su número es reducido debido a la complejidad de aprendizaje y realización de estas técnicas. Por otra parte la tecnología robótica no es aplicada en los hospitales de la capital, a pesar de ello existen nacientes líneas de investigación impulsadas por universidades de las principales ciudades del país. El propósito del presente trabajo de tesis es iniciar una línea de trabajo en cirugía robótica mediante el estudio de los asistentes robóticos para cirugía y el uso de la tecnología robótica disponible en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Se han planteado dos objetivos principales: el diseño de un circuito de control para un actuador de un asistente robótico para artroscopia y la simulación del control de un artroscopio usando un brazo robot industrial. El trabajo está dividido en tres partes: investigación de la problemática en robótica, laparoscopia y artroscopia de Lima, diseño del circuito de control de un actuador para un asistente robótico para artroscopia y simulación del control de un artroscopio usando un brazo robot usado en manufactura. La importancia del diseño del circuito de control radica en el control del movimiento de la cámara que explora la articulación de la rodilla, por otra parte la simulación busca obtener datos que muestren las ventajas de usar tecnología robótica para movimientos precisos de cirugía. / Tesis

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. / Tesis