El presente tema de tesis tiene como objetivo central, llevar a cabo un control sobre la variable física de fuerza. Para esto se implementará un sistema electromecánico (prototipo de terminal de agarre manipulador) el cual servirá como plataforma de prueba para realizar dicho control. Este prototipo contará con las características básicas que lo define como terminal de agarre. Es decir, apertura y cierre de placas paralelas (a modo de pinzas). El sistema de control se encargará de regular la fuerza de agarre del terminal, a un valor determinado previamente. Este valor de fuerza ya determinado, será el necesario y suficiente para evitar que el material que se vaya a coger se quiebre o resbale. Para validar el correcto funcionamiento del sistema de control se harán pruebas con distintos materiales. Para determinar el valor de fuerza que está ejerciendo en cada instante, el terminal de agarre contará con un sensor de fuerza. Este periódicamente irá tomando datos de los valores de fuerza presentes en todo momento. La distribución del presente documento cuenta con 5 capítulos: En los capítulos 1 y 2 nos centraremos en la parte teórica que brinda sustento a la elección del tema de tesis. Tal como, las características importantes que encierra el tema de control de fuerza en nuestro entorno de desarrollo tecnológico, así como también las ventajas que puede brindar el control de fuerza aplicado a varios campos de trabajo. Además, nos centraremos en definir la problemática que encierra la elección del tema de estudio. En los capítulos 3 y 4 nos centraremos en definir la metodología de solución a la problemática planteada, así como la puesta en marcha del sistema de control propuesto. Finalmente, una vez que tengamos todo el sistema que encierra al control de fuerza, nos dedicaremos a hacer pruebas para validar el camino de solución elegido. En el último capítulo presentaremos las conclusiones, observaciones y recomendaciones de la tesis. De este capítulo extraemos como conclusión principal. El que la metodología elegida para solucionar la problemática del tema de tesis, tuvo los resultados esperados. Finalmente se pudo controlar la fuerza de agarre de los materiales seleccionados dentro de un rango de error pequeño. / Tesis

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. / Tesis

Los guardias de seguridad en un centro comercial requieren cumplir dos tareas principales: ser un agente de seguridad y un anfitrión. Las tareas relacionadas con temas de seguridad incluyen cuidar de la propiedad del centro comercial y velar por el bienestar de las personas presentes; mientras que su rol de anfitrión, requiere que interactúen con los clientes y puedan absolver dudas. Debido a estos requisitos, se les exige que realicen patrullas y que permanezcan de pie por largos períodos en lugares de fácil accesibilidad. El desgaste físico involucrado, agregado al riesgo laboral intrínseco a la profesión, genera un elevado índice de rotación en la industria de la seguridad. Por ello, en el presente trabajo se plantea el diseño de un sistema mecatrónico, capaz de poder desplazarse de forma autónoma dentro de un centro comercial y realizar las labores rutinarias de un guardia de seguridad. Además, puede servir como una herramienta para aumentar el rendimiento de los agentes. Con la finalidad de fomentar confianza, el sistema diseñado es un robot con apariencia humanoide el cual incluye un par de brazos de un grado de libertad y una cabeza de tres grados de libertad. El robot se posiciona sobre una plataforma de dos ruedas generando una configuración de péndulo invertido. El sistema total tiene un peso de 70 kg y un tamaño de 70 x 50 cm con una altura de 1.6 m. Tiene la capacidad de capturar video de su entorno y enviarlo inalámbricamente a un centro de seguridad. Además, puede navegar de forma segura y confiable en un ambiente dinámico e interactuar con las personas para resolver dudas como ubicación de locales y servicios. El sistema elaborado es capaz de satisfacer necesidades presentes en la industria de seguridad privada representando un beneficio para agentes, empresas y centros comerciales. / Tesis

En el desarrollo de ésta Tesis, se realizó el diseño y simulación del sistema de control de un “robot móvil” utilizando herramientas de programación VHDL (Very high speed integrated circuit Hardware Description Language, lenguaje descriptivo de hardware para circuitos integrados de muy alta velocidad) Project Navigator de Xilinx y Max+Plus II de Altera; para realizar la síntesis, simulación e implementación en un dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array, arreglo de compuertas programables en campo). / In the development of this thesis it was made the design and simulation of the system of control of a “mobile robot” having used tools of programming VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language, descriptive language hardware integrated circuit for very high speed) Project Navigator Xilinx and Max+Plus II of Altera, soon to make the synthesis, simulation and implementation in a device FPGA (Field Programmable Gate Array, settling in field programmable gate).

El objetivo general del presente trabajo de título es el desarrollo e implementación de un sistema para el manejo de caídas en robots humanoides, que incluya la detección de inestabilidades en la postura del robot, junto con reflejos que permiten evitarlas o disminuir los daños en el caso de que la caída sea inevitable. El contexto en el cual se enmarca este trabajo es la competencia internacional de fútbol robótico Robocup, categoría humanoide. El sistema se implementa en el firmware del controlador de bajo nivel de un robot HR18 de Hajime Research Institute. El sistema de detección de caídas considera un sensor virtual, que entrega la inclinación y velocidad angular del robot, en los ejes lateral y sagital, combinando a través de un filtro de Kalman los datos obtenidos de un acelerómetro y un giróscopo de 3 ejes. Se presentan 5 métodos de detección de caídas basados en las lecturas del sensor virtual, de los cuales, en base a pruebas preliminares realizadas en MATLAB®, se seleccionan 3 para su implementación en el firmware del robot. El primero de ellos, se basa en la modelación de la inclinación a partir de la lectura de los ángulos de los motores. El siguiente, en el cálculo del punto de momento cero del robot y el último de ellos, en el test de de Hotelling. Para la evasión de caídas se implementa un reflejo en el cual se disminuye la altura del centro de masa del robot y se detiene la caminata hasta que se logra pasar a un estado estable. De manera similar, se implementa un reflejo para la disminución de daños, que consiste en la amortiguación de la caída con los motores de los brazos con torque reducido. Como conclusión principal, se puede afirmar que los objetivos fueron cumplidos exitosamente, pues se implementa en el firmware del robot un sistema completo para el manejo de caídas en robots humanoides, en que se abarca la detección, la evasión y la reducción del impacto de una caída, el cual queda completamente funcional, con parámetros ajustados para el normal funcionamiento del robot en un partido de fútbol robótico con tasas prácticamente nulas de falsos positivos y falsos negativos.

Ingeniero Civil Eléctrico / En ciertas aplicaciones de robótica es importante la utilización de un odómetro para poder estimar la posición de un robot en movimiento. Esto permite que el actor tenga una noción de la ubicación en el entorno por donde se mueve. En aplicaciones como vehículos autónomos es especialmente importante, pues es crítico conocer la posición del vehículo con respecto a su mapa interno para evitar colisiones. Usualmente los odómetros más utilizados son las ruedas y el GPS. Sin embargo estos no siempre están disponibles, debido a adversidades del ambiente. Es por estos motivos que se emplea odometría visual. La odometría visual es el proceso de estimación del movimiento de un vehículo o agente utilizando las imágenes que éste obtiene de sus cámaras. Ella ha sido utilizada en la industria minera con los camiones de carga, y, últimamente en drones aéreos que podrían ser ocupados para el transporte de paquetes. También se ha utilizado para estimar la posición de los robots que actualmente transitan en la superficie de Marte. El presente trabajo tiene por finalidad la implementación de un algoritmo de odometría visual usando una cámara estereoscópica para estimar la trayectoria de un robot, y la evaluación del desempeño de éste comparándola con los valores conocidos de posición. La metodología utilizada permite identificar qué parámetros del algoritmo de estimación de movimiento tienen mayor relevancia y cómo influyen en la rapidez y calidad de la solución. También se determina la influencia de las condiciones de iluminación, y se determina qué zona geométrica de la imagen es mejor para realizar la triangulación de puntos. La solución se compone de un sistema capaz de ejecutar las distintas partes que requiere el algoritmo de manera extensible, siendo fácil reemplazar un método en el futuro con un mínimo impacto en el código. Se obtienen resultados favorables, donde el error de estimación de movimiento es pequeño y, además, se concluye acerca de los factores más importantes en la ejecución del algoritmo. Se discute acerca de la rapidez del algoritmo y se proponen soluciones que ayuden a su implementación en tiempo real.

En el presente documento de tesis se desarrolla un sistema de control para la manipulación y planificación de trayectorias de un robot de cinco grados de libertad. Este robot que ha sido fabricado por la Maestría de Ingeniería Mecatrónica de la Pontificia Universidad Católica del Perú, forma parte de un proyecto multidisciplinario que busca desarrollar un sistema robótico capaz de ser utilizado para pruebas dinámicas y cinemáticas en este área. En el mencionado proyecto se realizó el diseño mecánico correspondiente al brazo robótico, que incluyó el dimensionamiento y posterior fabricación de cada uno de los eslabones. En la parte electrónica, se dimensionó y adquirió motores con encoders que permitirían obtener señales de posición y dar movimiento a los eslabones. Con toda la información adquirida a través de los dimensionamientos y ensayos mecánico-eléctricos, se logró generar modelos matemáticos de función de transferencia de motores para el diseño del control discreto. Usando estas funciones de transferencia, se implementó un sistema de control distribuido basado en la implementación de un algoritmo PD que permite el control angular de los motores con 5 microcontroladores comunicados en protocolo I2C.Las referencias para cada control de lazo cerrado, son generadas desde una interfaz que tiene internamente un generador de referencias y enviadas por protocolo serial al microcontrolador maestro. Este generador tiene un funcionamiento basado en modelos cinemáticos que toma como principio los algoritmos de cinemática directa e inversa para la generación de trayectorias. Finalmente, el sistema es comandado por un usuario que podrá definir el punto final de la trayectoria del brazo en coordenadas X, Y, Z. Además, el usuario podrá realizar control individual de cada uno de los eslabones y observar los valores de posición X, Y, Z en tiempo real mediante gráficas y valores. / Tesis

El presente trabajo consistió en el diseño del sistema mecánico de un rehabilitador de marcha orientado a la recuperación de la locomoción de niños entre cuatro a doce años de edad, quienes ostentan una mayor capacidad de recuperación motriz al estar en una etapa de desarrollo físico y mental. Esta tesis contempló el diseño mecánico de un mecanismo paralelo tipo hexápodo de notación 6RSS (de seis grados de libertad y de articulaciones R-rotacional, S-esférica y S-esférica), la selección de los componentes, la elaboración de los planos correspondientes y la estimación de los costos de fabricación y adquisición del sistema mecánico del simulador. Para tal fin, se estableció como base de análisis las proyecciones de las fuerzas en los eslabones respecto al plano sagital, donde a través del análisis del equilibrio dinámico de la plataforma se calcularon las fuerzas y torques en los elementos que conforman el rehabilitador. En vista de que, las fuerzas y torques estuvieron en función de las dimensiones de las cadenas cinemáticos del mecanismo, se procedió a determinar dichas medidas mediante iteraciones a través de programas desarrollados con el software Mathcad Prime 1®. Este proceso iterativo se realizó al considerar como parámetros cinemáticos la posición del talón y del dedo pulgar, así como la velocidad y aceleración del pie durante la marcha. Este arreglo de datos fue obtenido de bibliografía especializada, la cual fue almacenada por frames durante el ciclo de la marcha. Por ello, se empleó un factor de conversión de parámetros cinemáticos igual a 0.19, el cual relacionó la velocidad promedio de un adulto, proveniente de los frames, y la velocidad promedio de un niño. Con los resultados del cálculo, se aplicaron las teorías de resistencia de materiales y elementos de máquinas para seleccionar y/o diseñar los componentes. El movimiento rotacional es proporcionado por motores a pasos de gran torque (48 VDC, 6.3 A/fase, 9.1 Nm) los cuales accionan los mecanismos biela manivela de las cadenas cinemáticas. Asimismo, se diseñaron articulaciones esféricas con un ángulo máximo de variación de 59° que permiten abarcar la longitud de paso del rehabilitador. Este equipo fue diseñado para ser utilizado por un niño de un peso máximo de 42 kg. y estatura máxima de 1.50 m. El costo total del rehabilitador ascendió a $ 20500, el cual incluyó los costos de material, ensamble y diseño. / 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. / Tesis

This work is about learning tool wich provides the necessary parameters for a program controlling robots of type LUKAS at the Faculty of Mechanical Engineering. The robot controlling program needs various parameters depending on its environment, like the light intensity distribution, and camera settings as exposure time and gain raw. These values have to be transmitted from the learning tool to the robot controlling software. Chapter one introduces the robots of type LUKAS which are created for the RoboCup Small Size League. Furthermore, it introduces the camera used for image processing. The second chapter explains the learning process according to Christoph UBfeller and deduces the requirements for this work. In the third chapter theoretical basics concerning image processing, wich are fundamental for this work, are explained. Chapter 4 describes the developed learning tool which is used for the learning process and generates the required parameters for the robot controlling software. In chapter five practical test with two persons are represented. The sixth and last chapter summarizes the results. / Tesis