En la presente tesis se desarrolla el diseño mecánico de un Simulador de Eyección para entrenamiento de pilotos de avión, el cual es parte de uno de los proyectos motivados por la FAP conjuntamente con la sección de ingeniería mecánica de la PUCP en el marco de la mejora tecnológica continua que persigue la institución militar. El principal objetivo del sistema a diseñar es, como lo explica su nombre, el de simular un acontecimiento de eyección, experimentado por un piloto en situaciones de emergencia. Debido al gran número de accidentes ocurridos durante estos procedimientos se hace necesario un entrenamiento adecuado que prepare al piloto ante una situación de eyección real. El contenido de este trabajo de tesis abarca la selección y cálculo de los elementos más importantes de un simulador que puede impulsar un asiento de eyección con aceleraciones que van desde 1g hasta un máximo de 7 g´s. El sistema que se usa para llevar a cabo la simulación está basado en la neumática, por ende el aire a presión es el principal portador de energía. Así mismo, los elementos más importantes en el sistema son dos cilindros neumáticos que, según la función que cumplen, difieren significativamente en su construcción: para el impulso se usó un cilindro neumático ISO 6431 con vástago y doble efecto, de carrera corta pero capaz de transferir toda la energía necesaria para acelerar el módulo del asiento de eyección; el retorno, en cambio, se solucionó con el uso de un cilindro neumático sin vástago el cual, gracias a su gran carrera, se desplaza libremente durante la mayor parte del ascenso del asiento (carrera de impulso) y, una vez terminado éste, controla el descenso a velocidad regulada hasta una posición de reposo. Para permitir su desplazamiento, el asiento posee ruedas a los lados, las cuales viajan a través de los carriles inclinados de la estructura metálica del simulador. La metodología de diseño utilizada es aquella que se basa en un concepto de solución con suficientes beneficios para el cumplimiento de la función principal y otras exigencias derivadas de las necesidades del diseñador. Se utilizó esta metodología por la ventaja que significa el permitir corregir y mejorar durante todas las etapas del diseño. Al finalizar la tesis se tienen definidos los principales elementos mecánicos y neumáticos de un simulador de eyección que, de fabricarse, funcionará eficientemente tanto en el aspecto técnico y como en el económico.

En esta tesis se presenta el diseño e implementación de un electroimán y un actuador electrónico por PWM para un módulo experimental de levitación magnética, para realizar pruebas en el área de control y automatización. Este módulo comprende 3 etapas: etapa de sensado, etapa de control y la etapa de potencia. En la construcción de la etapa de potencia destacan el electroimán, el cual es implementado por un núcleo cilíndrico de hierro enrollado con un cable de cobre y cubierto con un material aislante para su protección, además de un actuador electrónico por PWM implementado por un circuito generador de onda triangular y un circuito amplificador de la señal de control que son acoplados hacia el uso de un amplificador operacional en configuración de comparador para la generación de la señal PWM. Esta señal es utilizada para la activación y desactivación de un transistor de potencia. Con el cual es posible reducir el calentamiento que presenta la bobina y el transistor de potencia. Múltiples pruebas de laboratorio se realizaron con el electroimán y el actuador electrónico así como también de todo el sistema. Se logró obtener resultados muy similares a los hallados en la teoría. Tanto en el electroimán como en el actuador electrónico se tuvo una respuesta bastante lineal frente a los cambios de posición de la esfera, este dato fue importante para el diseño del sistema en la etapa de control. Finalmente se logro que la etapa de potencia cumpla con la función de acondicionar la señal generada por el controlador del sistema para que interactue adecuadamente con el electroimán. Este módulo se desarrolló en la sala de manufactura del Centro de Tecnología Avanzada de Manufactura (CETAM) del departamento de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Este prototipo sirve como instrumento útil para realizar prácticas experimentales en el campo de control de sistemas, que puede ser tomado con fines educativos y a su vez pueda ser desarrollado para su aplicación a otros sistemas. Es por ello que el estudio de estos sistemas de levitación magnética presenta un futuro prometedor.

En este trabajo se desarrolló un estudio comparativo de los principales exoesqueletos industriales de miembros superiores con actuación pasiva desarrollados en la actualidad, los cuales tienen la finalidad de proveer una fuerza de asistencia para minimizar la fatiga del usuario al trabajar en posiciones poco ergonómicas por tiempos prolongados. Estos exoesqueletos se basan en principios o técnicas de compensación de carga, las cuales incorporan distintas configuraciones y mecanismos con actuadores pasivos, tales como resortes acoplados a sistemas de cables y poleas; resortes acoplados a mecanismos de levas con seguidor, entre otros; para finalmente generar una fuerza que equilibre la carga que se desea manipular. En este sentido, primero se realizó una revisión bibliográfica de la tecnología en exoesqueletos, con énfasis en los principales exoesqueletos desarrollados actualmente para ser aplicados en el sector industrial. Se determinó que, para aplicaciones industriales, la alternativa más viable es optar por el desarrollo de exoesqueletos pasivos. Por consiguiente, una vez presentado el panorama actual de la tecnología en exoesqueletos industriales pasivos, se investigaron las principales técnicas de compensación de carga en las cuales se basan los mecanismos de actuación incorporados por estos dispositivos. Esto se realizó con la finalidad de analizar los principios físicos y/o mecánicos de funcionamiento de los mecanismos de actuación pasivos. Finalmente, se procedió a analizar 8 de los principales exoesqueletos industriales de miembros superiores de actuación pasiva, para luego compararlos y determinar las ventajas de las distintas técnicas de compensación de carga aplicadas en el desarrollo de sus mecanismos de actuación.

La utilización de máquinas que realicen tareas repetitivas en la cocina surgió para hacernos la vida más fácil y que permite optimizar el tiempo utilizado en ellas. En la actualidad se encuentra gran variedad de sistemas que tienen múltiples funciones como cortar, rebanar o picar pero hay otros que se fabricarán para cumplir otras tareas particulares de acuerdo a la necesidad. El realizar manualmente cortes en cebollas es una rutina que ha permanecido vigente en restaurantes o nuestro hogar, se sabe que se invierte un tiempo no despreciable para realizarlos y peor aún si se calcula el total gastado por un chef en una cevichería, la cual atiende un gran número de comensales, el resultado de este cálculo nos obliga a pensar si es necesario la intervención de un chef para realizar dicha tarea secundaria sabiendo que es de más utilidad que este se enfoque en la calidad y preparación de los platos que el de realizar cortes en cebollas. El objetivo de esta tesis es diseñar un sistema mecatrónico que realice 2 diferentes tipos de corte en cebollas. El sistema cuenta con sensores infrarrojos para detectar la presencia de estas. Utiliza motores actuadores electrónicos para las tareas anteriormente mencionadas, se da por un microcontrolador ATmega16. Además está diseñado en base a las normas sanitarias correspondientes a proceso con alimentos y a uno ergonómico para su fácil manipulación. Otro requerimiento es su presentación (estética) para que sea atractiva para su venta. El desarrollo de esta tesis está compuesto por 5 capítulos. En primer lugar se explica la problemática cuya solución se dará a través del sistema mecatrónico. En segundo lugar se expone los requerimientos mecánicos, eléctricos, electrónicos, de control y demás se presenta por medio de las vistas frontal, lateral, superior e isométrica al sistema. En el tercer capítulo se explica el funcionamiento por medio del diagrama de bloques, se describe a los sensores y actuadores utilizados, y cada plano mecánico, esquemático y diagrama de flujo del programa de control. En cuarto lugar se detallas un presupuesto para la implementación del sistema indicando cada componente con su respectivo proveedor o fabricante.

El presente trabajo se centra en el diseño de un arma no letal para controlar y disuadir manifestaciones violentas que amenazan la seguridad pública y privada en él actual contexto social. Toda ciudadano tiene derecho a exigir beneficios de forma pacífica, sin embargo, esto parece ser menos probable, debido a que los manifestantes confunden su derecho a reclamar con el de protestar perturbando el orden público y causando desmanes. Por tal motivo, se hace evidente la creciente frecuencia y magnitud de los enfrentamientos que se genera entre las fuerzas del orden y la población, ya que, al intentar refrenar los actos vandálicos contra entidades públicas, privadas o autoridades las protestas terminan con graves daños colaterales. Por consiguiente, el proyecto desarrollado a continuación garantiza la ausencia de daños permanentes en cualquiera de los individuos involucrados y, asimismo, implica una reducción de gastos para el gobierno en lo que respecta a la adquisición de equipamiento para la ofensiva de la policía antidisturbios.

Invertir largas horas en realizar una actividad académica sin tomar descansos, resulta siempre en una caída de rendimiento. Esto fue confirmado por un estudio realizado por la revista Harvard Business Review, el cual afirma que estar realizando una misma actividad durante largos periodos puede generar problemas como estrés, ansiedad, problemas de memoria, entre otros (Carmichael, 2015), que impiden que se continúe adecuadamente con las actividades que se están realizando. Asimismo, los descansos que se toman no son efectivos, pues parte de ese tiempo es ocupado, por ejemplo, para preparar alimentos o revisar el celular, no tomando un respiro para retomar las labores de la mejora manera. Ante esta problemática, el objetivo principal del presente trabajo se basa en la realización del diseño conceptual óptimo de un sistema integrado por una máquina automática para cocción de un alimento saludable sin necesidad de ser supervisada por un usuario, como lo son los granos de maíz y su sistema de activación mediante una interfaz cerebro-computador (BCI), para decodificar la actividad cerebral y detectar el momento en que se produce una caída de rendimiento, enviando un comando a la máquina para su activación, para así comenzar con el procedimiento de preparación, dando un aviso al usuario para que tome el descanso una vez que el alimento esté listo. La metodología del diseño empleada para la realización del presente trabajo de investigación está basada en la norma VDI 2206, para el diseño de sistemas mecatrónicos.

En este trabajo se desarrolla el modelo dinámico de un actuador hidráulico de doble efecto de la marca Fluidtek, el cual forma parte importante del simulador de marcha normal que se desarrolla en la Pontifica Universidad Católica del Perú. Asimismo, se muestra el comportamiento dinámico del actuador por medio de simulaciones ejecutadas en MatLab, para lo cual se desarrolló el algoritmo correspondiente. En primer lugar se identificaron los parámetros que caracterizan el modelo dinámico del actuador hidráulico, definiendo como variable de entrada la presión hidráulica del fluido y como variable de salida el desplazamiento del vástago. El modelo matemático se obtuvo planteando las condiciones de equilibrio correspondientes a los fenómenos físicos presentes en el accionamiento del actuador. Algunos parámetros del modelo se obtuvieron revisando la información técnica del fabricante, mientras que otros fueron obtenidos por medición y experimentación (coeficiente de fricción dinámica) y de la literatura técnica (módulo de Bulk). Los resultados obtenidos indican que el comportamiento del actuador presenta un error en estado estacionario, lo cual produce imprecisión en la señal de salida, por lo que es necesario tomar acciones de control al respecto. Sin embargo, las gráficas muestran que la simulación en el computador asemeja a lo observado en el banco de pruebas. De esta manera, se concluye que el modelo matemático obtenido describe adecuadamente al actuador.

En la presente tesis se ha realizado el diseño de un dispositivo de asistencia para rehabilitación pasiva en pacientes con diagnóstico de lumbalgia aguda. Es de tecnología soft, pues utiliza actuadores flexibles contribuyendo así a la movilidad del usuario. El diseño utiliza una batería para brindar asistencia con actuadores piezoeléctricos que ofrecen una fuerza de compresión cuando son excitados eléctricamente. Tiene dos horas de autonomía de baterías; sin embargo, debido a que cuenta también con una barra como actuador mecánico, el usuario puede seguir experimentando asistencia de movimiento en la zona lumbar incluso sin la activación de los actuadores. Se concluyó que el modelo contribuye a aliviar la zona lumbar de cargas verticales, siguiendo la técnica de estabilidad central. Este dispositivo permite una asistencia de 121,54 N en el eje vertical de y 25,17 N en el eje horizontal del plano frontal en el estado de reposo. La presente tesis aborda cálculos de diseño de elementos mecánicos, análisis del movimiento del mecanismo, selección de componentes, consideraciones para la fabricación del diseño incluyendo impresión 3D de carcazas en ABS, planos de ensamble y despiece para su fabricación. El costo estimado de diseño y fabricación del dispositivo es de S/. 14,000 como costo de diseño y S/. 4,900 como costo de fabricación.

This Master’s Thesis is devoted to the analysis and design of a control structure for the nanopositioning system LAU based on the dynamic control allocation technique. The objective is to control the vertical displacement with nanometer precision under a control effort distribution criterion among the actuator set. In this case, the pneumatic actuator is used as a passive gravity compensator while the voice coil motor generates the transient forces. The analysis of the system characteristics allows defining the design criterion for the control allocation. In this direction, the proposed dynamic control allocation stage considers a frequency distribution of the control effort. The lower frequency components are assigned to the pneumatic actuator while the higher frequencies are handled by the voice coil drive. The significant actuator dynamics are compensated through a Kalman filter approach. The position controller is based on a feedback linearization framework with a disturbance observer for enhanced robustness. The experimental validation demonstrates the feasibility of the proposed technique. / Diese Masterarbeit widmet sich der Analyse und dem Entwurf einer Regelungsstruktur für das Nanopositioniersystem LAU. Dabei werden Methoden untersucht, welche das notwendige Stellsignal auf zwei Aktoren aufteilen. Ziel ist es, die vertikale Verschiebung des LAU mit Nanometerpräzision zu regeln. In diesem Fall wird der pneumatische Aktor als passiver Schwerkraftkompensator verwendet, während die elktromagnetische Tauchspule die transienten Kräfte erzeugt. Die Analyse der Eigenschaften des LAUSystems ermöglicht die Definition der Entwurfskriterien zur Aufteilung der Stellgröße. In dieser Richtung berücksichtigt die vorgeschlagene dynamische Methode eine Aufteilung der Stellgröße bezüglich der Frequenzanteile. Die niederfrequenten Komponenten werden dem pneumatischen Aktor zugeordnet. Dem elektromagnetische Aktor werden die verbliebenen hochfrequenten Anteile zugeordnet. Die signifikanten Effekte der Aktordynamik in Bezug auf die Bewegungsdynamik werden durch einen Kalman- Filteransatz kompensiert. Nichtlineare Streckenanteile werden basierend auf dem Modell und einem Störbeobachter kompensiert, sodass der verbleibende Anteil des Positionsreglers mit linearen Methoden entworfen werden kann. Die experimentelle Validierung zeigt die Effektivität des untersuchten Konzeptes. / Tesis

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.