El periodo de constante modernización que se vive en la actualidad, en particular la urbanización de zonas rurales de Latinoamérica, amenaza una de las formas más usadas para transmitir y preservar la cultura, costumbres y anécdotas de una comunidad: la tradición oral. Se hace importante rescatar la identidad cultural de dichas comunidades para lo cual se quiere aprovechar otro aspecto del contexto actual como es la robótica social. En la década reciente se tiene una emergente categoría de robots de servicio que está ganando una presencia significativa en las actividades de la vida diaria. En este contexto, la presente tesis desarrolla el diseño de MUQUI, un robot compañero de comunidad que forme parte de ella y comparta su cultura y tradiciones. Este trabajo se enfoca en la problemática técnica en el desarrollo de MUQUI, centrándose en los requerimientos y funciones que deben ser cubiertos en el diseño, haciendo énfasis en la estética e interacción. En el presente documento se describe a detalle el sistema mecánico y electrónico del robot planteado obteniendo un diseño que posee formas antropomórficas con movimiento de la cabeza, una pantalla para mostrar ojos que permitan comunicar emociones, un proyector en la cabeza para la emisión de imágenes y un sombrero distintivo para identificarlo con la comunidad a la que pertenece. Cuenta con brazos, los cuales mueve mientras habla para reforzar las ideas que busca transmitir y finalmente posee un sistema de locomoción en base a ruedas para desplazamiento. Las formas antropomórficas del robot son logradas a través de carcasas de plástico ABS elaboradas por impresión 3D, todas estas sujetas a una estructura interna formada por planchas de acero que soporta todos los componentes del robot. Con el fin de validar el diseño de la estructura se realiza una simulación por elementos finitos y se implementa y prueba el funcionamiento de la tarjeta que regula la distribución de energía a todo el robot. Con los resultados satisfactorios obtenidos, se puede concluir que se consigue un diseño satisfactorio de un robot proveedor de servicios capaz de desempeñarse como un narrador de cuentos de manera automática. / Tesis

El periodo de constante modernización que se vive en la actualidad, en particular la urbanización de zonas rurales de Latinoamérica, amenaza una de las formas más usadas para transmitir y preservar la cultura, costumbres y anécdotas de una comunidad: la tradición oral. Se hace importante rescatar la identidad cultural de dichas comunidades para lo cual se quiere aprovechar otro aspecto del contexto actual como es la robótica social. En la década reciente se tiene una emergente categoría de robots de servicio que está ganando una presencia significativa en las actividades de la vida diaria. En este contexto, la presente tesis desarrolla el diseño de MUQUI, un robot compañero de comunidad que forme parte de ella y comparta su cultura y tradiciones. Este trabajo se enfoca en la problemática técnica en el desarrollo de MUQUI, centrándose en los requerimientos y funciones que deben ser cubiertos en el diseño, haciendo énfasis en la estética e interacción. En el presente documento se describe a detalle el sistema mecánico y electrónico del robot planteado obteniendo un diseño que posee formas antropomórficas con movimiento de la cabeza, una pantalla para mostrar ojos que permitan comunicar emociones, un proyector en la cabeza para la emisión de imágenes y un sombrero distintivo para identificarlo con la comunidad a la que pertenece. Cuenta con brazos, los cuales mueve mientras habla para reforzar las ideas que busca transmitir y finalmente posee un sistema de locomoción en base a ruedas para desplazamiento. Las formas antropomórficas del robot son logradas a través de carcasas de plástico ABS elaboradas por impresión 3D, todas estas sujetas a una estructura interna formada por planchas de acero que soporta todos los componentes del robot. Con el fin de validar el diseño de la estructura se realiza una simulación por elementos finitos y se implementa y prueba el funcionamiento de la tarjeta que regula la distribución de energía a todo el robot. Con los resultados satisfactorios obtenidos, se puede concluir que se consigue un diseño satisfactorio de un robot proveedor de servicios capaz de desempeñarse como un narrador de cuentos de manera automática.

El siguiente trabajo presenta la aplicación de la metodología VDI 2206 para el diseño de un sistema buffer para incrementar la capacidad de almacenamiento de un Robotino de la marca Festo teniendo en cuenta su aplicación dentro del laboratorio de automatización en el pabellón O. Para realizar el objetivo planteado, se realizó la búsqueda de información o estado del arte del problema. Posteriormente se planteó la lista de exigencias que debe cumplir el diseño conceptual del sistema. Se procede a abstraer el sistema como una caja negra, de la cual se aprecian solamente las entradas y salidas tanto en materia, información y energía. Luego, se realiza la estructura de funciones, en el cual el sistema es separado en diferentes subsistemas, los cuales son disgregados en funciones específicas las cuales pertenecen cada una a un subsistema. Se describen las relaciones entre dichas funciones al mostrar como la materia, información y energía “viaja” entre ellas. Una vez descrita la estructura de funciones, se plantea la matriz morfológica en la cual se muestra diferentes posibilidades para cada una de las funciones de la estructura de funciones. Realizando diferentes combinaciones de dichas posibilidades se obtiene tres diferentes conceptos de solución, los cuales son evaluados para determinar el concepto de solución óptimo.

En el campo de la teleoperación robótica, los robots móviles son empleados como dispositivos esclavos para realizar tareas a largas distancias en lugares peligrosos e inaccesibles por el humano, ello debido a que, en un sistema de teleoperación existe un dispositivo maestro (operado por un ser humano), que replica movimientos en el dispositivo esclavo a través de un joystick, una computadora o un dispositivo cuyos comandos de control de movimiento son transmitidos por un medio alámbrico o inalámbrico; Sin embargo, cuando la distancia entre el robot móvil y el dispositivo maestro supera el límite de comunicación y, sobre todo, el límite de control, el dispositivo esclavo podría perderse e incluso en un lugar inaccesible por el humano, ya que el impacto negativo de la inestabilidad, que se produce por los retardos en el intercambio de información, actúa sobre el robot móvil. Ante dicha pérdida de control resulta relevante que el robot móvil pueda retornar a su estación base de forma autónoma, es por ello que, implementar un algoritmo de seguimiento de trayectorias surge como una alternativa para que el robot móvil regrese al lugar donde se encuentra el usuario para evitar su pérdida e incrementar su robustez. La presente tesis hace una revisión teórica de los robots móviles que se han presentado en artículos académicos e investigaciones para seguir trayectorias cuando surge la pérdida de control en los sistemas de teleoperación robótica. Además, se plantea utilizar motores sin escobillas como mecanismo para realizar trabajo mecánico y producir movimiento en la locomoción diferencial del robot móvil. En efecto, el control en motores diferentes a los de corriente continua implica emplear nuevas técnicas de control, como el control vectorial. Por último, el funcionamiento del prototipo del robot móvil con la implementación de un algoritmo de seguimiento de trayectorias mediante motores sin escobillas con control vectorial, se valida en simulaciones realizadas en Matlab y Simulink.

La robótica en la actualidad busca incrementar los lazos entre robots y seres humanos, de forma que realizar las tareas en conjunto sea más amigable y no se requiera de un extenso periodo de adaptación. Ello, en ocasiones se ve perjudicado por la operación manual constante que requiere un robot debido a que un individuo emplea su tiempo para manipular el robot y no se genera la independencia anhelada en este campo. Por lo descrito, surge como alternativa de solución los robots autónomos que emplean visión artificial y algoritmos de Inteligencia Artificial (IA) para el cumplimiento de tareas. Este trabajo de tesis, se centra en el diseño y desarrollo de un robot móvil utilizando visión artificial para identificar botellas de plástico en las playas del litoral limeño. Se emplea una RCNN para el procesamiento de imágenes y esta red es entrenada por imágenes de autoría propia, las cuales se realizaron en las playas mencionadas, hasta obtener un óptimo reconocimiento de las botellas y las personas. Asimismo, se generaron propuestas de diseño de los dominios mecánico, electrónico y de control, de tal forma que el proyecto resultante abarque de forma integral el funcionamiento esperado. Se realizaron pruebas de simulación al sistema de control y visión artificial y se obtuvo que, efectivamente consta de una alternativa de solución robusta, pues reconoce las botellas de plástico y se acerca hacia ellas, esquivando obstáculos y consiguiendo su objetivo. Se realizaron simulaciones donde se obtuvieron parámetros que confirman lo designado en el diseño. Esta tesis, también tiene un impacto significativo en el medio ambiente, pues se trata de un robot eco amigable que trabaja para el beneficio de las playas, de tal forma que se inspiren futuros trabajos de investigación que tengan por consigna impulsar la sostenibilidad.

La minería constituye el 10% del PBI del Perú; sin embargo, producto de sus actividades, el aire y el suelo aledaños se ven afectados. Este impacto en el medio ambiente provoca perjuicios en las comunidades contiguas al sobrepasarse los límites permitidos para la salud. Actualmente, el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA) es el encargado de la supervisión y sanción de infracciones ambientales. No obstante, sus mecanismos no son suficientes, debido a que no permiten un monitoreo a tiempo completo del impacto que produce la actividad minera. Frente a ello, se realizó un estudio para el diseño de un robot móvil autónomo capaz de medir los contaminantes del aire y del suelo, de acuerdo a los estándares planteados por el Ministerio del Ambiente (MINAM), de modo que se pueda acceder a esta información desde una estación remota. La investigación muestra la viabilidad del diseño dado el alto poder fotovoltaico de la zona sur del Perú. La persistencia de datos es garantizada mediante el diseño de una arquitectura en la nube. Asimismo, como resultado del presente trabajo, se muestra el diseño preliminar óptimo (en base a la metodología VDI 2206) que cumple con todos los requerimientos planteados.

El siguiente trabajo presenta el diseño conceptual de un robot móvil para optimizar el proceso de Picking en el almacén de una empresa. Este proceso es uno de los más importantes en un almacén, ya que representa el inicio del flujo de suministro de productos a los clientes por parte de la empresa. El problema de este proceso está relacionado con el tiempo que toma implementarlo, ello representa un cuello de botella dentro del flujo de procesos del almacén. Para lograr el objetivo general del trabajo se desarrolló un estudio del estado del arte actual para reconocer el estado de la tecnología relacionada con los robots utilizados en los almacenes, siguiendo la metodología del diseño según la norma VDI 2221. En el diseño conceptual se especificó los requerimientos del sistema, realizó la abstracción del sistema, determinó las funciones de cada dominio, se obtuvieron soluciones mediante el uso de la matriz morfológica por cada dominio, evaluó los conceptos de solución mediante un análisis técnico-económico y finalmente, se obtuvo un concepto de solución mejorado que cumpla con los requerimientos planteados. El concepto de solución óptimo mejorado tiene las características necesarias para realizar las funciones definidas para optimizar el proceso de Picking en el almacén. Dicha solución se puede dividir en tres subsistemas: el subsistema para el desplazamiento del robot, el subsistema para la extracción de productos y el subsistema para el registro y programación de pedidos. La solución cuenta con un sistema hidráulico para el accionamiento de la sujeción de productos, dos sensores LiDAR y una cámara de profundidad para la detección del entorno. Finalmente, el control de los componentes del sistema se realiza con un microcontrolador y un microprocesador.

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.

El trabajo de investigación presente tiene como objetivo el diseño de un sistema de localización de un robot móvil humanoide dentro de los ambientes de un centro de salud, específicamente que le permita al robot desplazarse en una habitación y posicionarse a una distancia adecuada frente al paciente que se encuentra en estado de reposo en una camilla de hospital. Para alcanzar este objetivo, este sistema se basa en la clasificación de los elementos percibidos en una habitación a través de una cámara y un computador de alto rendimiento, mediante el cual se resuelve un problema de clasificación en la imagen adquirida al detectar al paciente y la camilla como objetivos, luego se realiza un proceso de acercamiento del robot a estos objetivos hasta poder reconocer el rostro de una persona. En el primer capítulo, se mencionan las bases teóricas que comprende la localización de un robot móvil basada en mapeo simultáneo, métodos SLAM y la relación de ambos con el objetivo del proyecto. En el segundo capítulo, se describe la metodología de los algoritmos basados en redes neuronales convolucionales y su base teórica, con el fin de determinar un algoritmo robusto y novedoso a beneficio del proyecto; adicionalmente se incluye una propuesta de solución explicando las etapas de dicho algoritmo. Posteriormente, en el tercer capítulo se desarrolla el diseño del algoritmo y su estructura mediante librerías y codificación realizadas de acuerdo al lenguaje de programación compatible con un computador de alto rendimiento. En el último y cuarto capítulo, se realizan resultados experimentales y se muestran los resultados de ellos. Finalmente, se presentan las conclusiones obtenidas en todo el proceso y recomendaciones. La presente tesis forma parte del proyecto CONCYTEC 160-2020 - Robot Móvil Teleoperado para Manejo de Afecciones de Salud Mental en Pacientes con Enfermedades Infecciosas.