Esta tesis presenta una propuesta para el desarrollo de un móvil con un sistema electrónico modular que permita el acoplamiento de otros sub-sistemas y la ejecución de diferentes funciones y que además será controlado remotamente por un usuario, quien obtendrá información del medio a través del robot. El diseño de este móvil es requerido por el grupo de investigación de Ingeniería Civil, quiénes necesitan de un intermediario, en este caso, el robot, para acceder a los túneles subterráneos de la Huaca de la Luna y recolectar bloques de adobe. En este documento, se detalla el problema existente en la recolección de los bloques de adobe de la Huaca de la Luna debido a las zonas inseguras de difícil acceso y el inconveniente por el constante rediseño de los robots de exploración debido a su inadaptabilidad al terreno al que se enfrentan. Además, se analizan los principales robots de exploración, cuyas funciones varían entre la toma de fotografías y video para zonas como túneles angostos, de estructuras inestables o de ambientes tóxicos no aptos para el ser humano. Sin embargo, todos tienen como común denominador el brindar seguridad a las personas y servir como intermediarios entre el medio y el usuario. Para el diseño del móvil, se han tenido en cuenta los requerimientos físico-mecánicos limitados por las dimensiones del túnel y las características de los bloques de adobe; y los requerimientos electrónicos y de control que permita una comunicación estándar entre el móvil y el usuario que lo controla. Por su parte, el sistema electrónico modular le otorga la posibilidad de realizar diferentes funciones de acuerdo a los mecanismos que se acoplen. Además, se definieron las principales funciones del robot: movilidad en el terreno, control remoto del móvil, observación del medio mediante una cámara de video, recopilación de información a través de los sensores, recolección de muestras mediante los mecanismos a implementar y comunicación entre el móvil y el usuario. Asimismo, este trabajo detalla la estructuración e integración de los subsistemas involucrados (mecánico, electrónico, control, comunicación) y de los componentes seleccionados. Todos necesarios para lograr el diseño de un robot móvil de 60kg que puede movilizarse a una distancia máxima de 300 metros a una velocidad entre 13cm/s y 15cm/s capaz de cargar los bloques de adobe de 16kg y acoplar un mecanismo auxiliar de 10kg. / Tesis

En el presente trabajo de tesis se enfocó en plantear una solución desde el punto de vista de la ingeniería a un problema real de los pobladores de la comunidad de Langui, Provincia de Canas, Cusco: Posibilitar el crecimiento económico aumentando sus posibilidades de comercio en el mercado de los lácteos. El objetivo se conseguiría ideando una máquina que pudiera volver más eficiente su producción de leche, entregara un producto que cumpliera con las normas de higiene para su comercio a mayor escala, fuera económicamente competitiva con las máquinas convencionales pequeñas para ordeño y que sobretodo, sea coherente con el concepto de tecnología apropiada para el sector rural. Se inició el desarrollo del diseño conociendo la situación actual de la actividad económica en la zona y definiendo el estado del arte para el diseño. A partir de ello se plantearon los objetivos generales y específicos que debería cumplir la tecnología a diseñar, los cuales se detallan a continuación: Diseñar una ordeñadora mecánica que funcione con potencia humana directa para sectores rurales alejados en los cuales no sea accesible la energía eléctrica. Además en este diseño el mecanismo de transmisión de potencia debe permitir el funcionamiento de la bomba minorizando lo mejor posible los desniveles en el vacío que se presenten por variabilidad de la entrega de potencia humana. También se deberá implementar el sistema de conducción de leche con la higiene necesaria para permitir una más amplia comercialización de la leche. Por último se deberán establecer los parámetros adecuados de generación de vacío en el diseño para realizar un adecuado ordeño y mantener la salud de la ubre de la vaca. Con los objetivos planteados se elaboró el desarrollo conceptual del diseño, desarrollo de propuesta de proyecto (preliminares), evaluación técnica-económica y por último la elección del proyecto más adecuado como solución. En la siguiente etapa se desarrolló el dimensionamiento principal de la máquina (potencia, presión de vacío, capacidad de ordeño) y luego el cálculo de detalle del diseño evaluando las cargas presentes, las fluctuaciones de presión en operación de la máquina, las pérdidas de presión en el sistema de transporte, los esfuerzos en los bastidores entre otros. Más adelante se presentan los costos aproximados del diseño satisfactoriamente realizado. Finalmente se incluyen las conclusiones del autor respecto al diseño el cual pudo cumplir los objetivos planteados adecuadamente, sin embargo el autor también incluye algunas precisiones que considera en estudios posteriores podrían mejorar el diseño. / Tesis

Autonomous systems are one interesting topic recently investigated; for land and aerial vehicles; however, the main limitation of aerial vehicles is the weight to carry on-board, since the power consumed depends on this and hardware like sensors and processor is limited. The present thesis develops an application of digital image processing to detect obstacles using only a monocamera, there are some approaches but the present report wants to focus on the distance estimation approach that, in future works, can be combined with other methods since this approach is more general. The distance estimation approach uses feature detection algorithms in two consecutive images, matching them and thus estimate the obstacle position. The estimation is computed through a mathematical model of the camera and projections between those two images. There are many parameters to improve final results and the best parameters are found and tested with consecutive images, which were captured every 0.5m along a straight path of 5m. Fraunhofer position modules are tested with the entire algorithm. Finally, in order to establish the new path without obstacles, an optimal binary integer programming problem is proposed, adapting the approach using results obtained from the distance estimation and obstacle detection. Resulting data is suitable for combining them with information obtained from conventional sensors, such as ultrasonic sensors. The obtained mean error is between 1% and 12% in short distances (less than 2.5 m) and greater with longer distances. The complexity of this study lies in the use of a single camera for the capture of frontal images and obtaining 3D information of the environment, the computation of the obstacle detection algorithm is tested off-line and the path-planning algorithm is proposed with detected keypoints in the background. / Autonome Systeme sind ein interessantes Thema vor kurzem untersucht; für Land- und Luftfahrzeuge; Allerdings ist die Hauptbegrenzung von Luftfahrzeugen das Gewicht, um an Bord zu tragen, da die verbrauchte Energie davon abhängt und Hardware wie Sensoren und Prozessor begrenzt ist. Die vorliegende Arbeit entwickelt eine Anwendung der digitalen Bildverarbeitung zur Erkennung von Hindernissen, die nur eine Monokamera verwenden, es gibt einige Ansätze, aber der vorliegende Bericht will sich auf den Abstandsschätzungsansatz konzentrieren, der in Zukunft mit anderen Methoden kombiniert werden kann, da dieser Ansatz ist allgemeiner. Der Abstandsschätzungsansatz verwendet Merkmalserkennungsalgorithmen in zwei aufeinanderfolgenden Bildern, passt sie an und schätzt somit die Hindernisposition ab. Die Schätzung wird durch ein mathematisches Modell der Kamera und Projektionen zwischen diesen beiden Bildern berechnet. Es gibt viele Parameter, um die endgültigen Ergebnisse zu verbessern, und die besten Parameter werden mit aufeinanderfolgenden Bildern gefunden und getestet, die alle 0,5 m auf einem geraden Weg von 5 m erfasst wurden. Fraunhofer-Positionsmodule werden mit dem gesamten Algorithmus getestet. Schließlich wird, um den neuen Weg ohne Hindernisse zu etablieren, ein optimales Binär-Integer-Programmierproblem vorgeschlagen, das den Ansatz unter Verwendung von Ergebnissen, die aus der Abstandsschätzung und der Hinderniserkennung erhalten wurden, anpasst. Die daraus resultierenden Daten eignen sich zur Kombination mit Informationen aus konventionellen Sensoren wie Ultraschallsensoren. Der erhaltene mittlere Fehler liegt zwischen 1 % und 12 % in kurzen Abständen (weniger als 2,5 m) und größer mit längeren Abständen. Die Komplexität dieser Studie liegt in der Verwendung einer einzigen Kamera für die Erfassung von Frontalbildern und dem Erhalten von 3D-Informationen der Umgebung, wird die Berechnung des Hinderniserfassungsalgorithmus off-line getestet und derWegplanungsalgorithmus wird mit erkannten Keypoints vorgeschlagen im Hintergrund. / Tesis

La demanda de chirimoya al mercado internacional necesita de una gestión más efectiva de los recursos durante la postcosecha. Consecuentemente, la presente tesis propone el diseño de un sistema mecánico eléctrico para selección de 5tn/día de chirimoyas categoría primera ecotipo Aurora producida por la asociación de agricultores Santa Rosa de Huarochiri. Además, el proyecto comprende la elaboración de diseños de los sistemas desde el ingreso al sistema alimentador hasta la selección final del producto en el sistema seleccionador, la selección de los motores y emplea el código sanitario impuesto por el Food and Drugstore Administration (FDA) requerido por el mercado estadounidense. El diseño genera un impacto favorable en agricultores peruanos y ecuatorianos con una producción a mediana escala de chirimoyas porque cumple con seleccionar el producto adecuado y genera a largo plazo retorno en la inversión. Finalmente la presente tesis está compuesta por cuatro capítulos más la introducción, conclusiones, recomendaciones, referencias y anexos. El primer capítulo comprende el producto y sus variedades, el estado actual de la tecnología y la técnica a emplear; con lo cual se logró determinar la categoría adecuada de chirimoya a emplear en el diseño. El segundo capítulo comprende los conceptos de solución tomando como datos de entrada lo elaborado en el primer capítulo, después de la selección se llevará a cabo el desarrollo de los conceptos preliminares de los cuales se selecciona el mejor de acuerdo a una evaluación técnica y económica; con lo cual se obtuvo el diseño óptimo, que luego es analizado en el siguiente capítulo. En el tercer capítulo se presentan los resultados finales del desarrollo de la solución óptima; en la cual se determina las dimensiones de los elementos críticos como ejes; también se seleccionan los perfiles, los motores, el material que cumple con lo requerido por la FDA y los elementos de transmisión tales como sprockets y cadenas. El cuarto capítulo muestra la lista de planos junto con un análisis de costo; se logró determinar que la producción realizada por la máquina en un día triplica a la producción actual de 1.6Tn que es realizada por 10 personas en un día. Finalmente, las conclusiones muestra el cumplimiento de los objetivos. / Tesis

El objetivo principal de esta tesis fue el desarrollar un sistema de navegación autónomo para la aplicación en robots móviles, para ello se uso el enfoque reactivo por presentar una aproximación más real al problema del planeamiento. El sistema de navegación se dividió en dos partes para fines del diseño; en la primera se desarrolló e implementó un controlador para el planeamiento de la trayectoria mediante el uso de controladores neuro-difusos y el uso de cuadrículas de certeza; mientras que en la segunda parte, se afrontó el problema de la localización del robot en un entorno desconocido, para lo cual se hizo uso de la fusión de sensores odométricos, inerciales y de redes inalámbricas. Para este propósito se diseño e implementó el controlador para diferentes plataformas de simulación, además se implementó el mismo en un robot Pioneer P3-AT, lográndose resultados interesantes que permiten apreciar este algoritmo como una alternativa atractiva en la navegación autónoma de los robots móviles, el método presentado representa un híbrido entre los métodos de navegación por fusión de conductas y los métodos basados en campo de fuerzas por lo cual permite aprovechar las ventajas de ambos métodos. Para la localización se implementó la fusión de sensores presentes en los celulares modernos y sensores de velocidad o encoders, la fusión de sensores se implementó en dos instancias, la primera para la estimación precisa de la orientación por medio de filtros de Kalman y la segunda en donde se realiza la estimación de las coordenadas de la posición con el uso de filtros de Kalman para sistemas no lineales. / Tesis

Overhead cranes are widely used in industry for transportation of heavy loads and are common industrial structures used in building construction, factories, and harbors, traditionally operated by experienced crane operators. The underlyng system consists of three main components: trolley, bridge, and gantry. Basically, the system is a trolley with pendulum. In normal operation, the natural sway of crane payloads is detrimental to the safe and efficient action. Other external disturbances parameters, wind for example, also affect the controller performance. Basically, a crane system is an underactuated system. This makes the design of its controllers complicated. Usually, this is done via the crane acceleration required for motion. The most important issues in crane motion are high positioning accuracy, short transportation time, small sway angle, and high safety. The main goal of this thesis is to achieve a robust controller design procedure, based on H∞ control theory, for a nonlinear model of a 3-D gantry crane system. The approach shall be compared with classic controllers in terms of attenuating the perturbation on the payload transportation. The model describes the position of the load, as well as the time derivatives of the position. In vew of this, flatness-based feedforward control has to be devised, accompanied by the design of an optimal linear and nonlinear feedback controller. The nomnal states can be used as optimization parameters and restrictions on stability, overshoot, position regulation, and oscillation angle, being independent of the load mass and depending on the rope length. The procedure is as follows. First, a dynamic nonlinear model of the system is obtained using the Lagrange equations of motion which describe the simultaneous travelling, crossing, lifting motions and the resultant load swing of the crane. Then, the system is exactly linearised by a dynamic extension. Next the closed-loop system, based on the linear quadratic regulator scheme, is probed and compared with the H∞ robust control system for compensating modeling errors and/or internal and external perturbation. Finally, simulation results are presented showing the efficiency of the proposed controller design scheme. Results are provided to illustrate the improved performance of the nonlinear controllers over classic pole placement and linear quadratic regulator approaches, testing its fast input tracking capability, precise payload positioning and minimal sway motion. / Kräne werden in der Industrie für den Transport schwerer Lasten eingesetzt. Man findet sie im Hochbau, Fabriken und Häfen. Traditionell werden sie von erfahrenen Kranführer betrieben. Das der Arbeit zugrunde liegende Kransystem besteht aus drei Hauptkomponenten: Transporteinheit, Brücke und Gerüst. Im Regelbetrieb ist das Schwingen von Krannutzlasten einer sicheren und effizienten Nutzung abträglich. Auch andere externe Störparameter wie beispielsweise der Wind haben einen Einfluss auf die Kontrollierbarkeit eines Krans. Grundsätzlich ist ein Kransystem ein unteraktuiertes System. Deshalb verkompliziert sich im Allgemeinen der Entwurf einer Regelung, meist auf Basis der Kranbeschleunigung. Regelziele bei der Kranbewegung sind u.a. eine hohe Positioniergenauigkeit, kurze Transportzeit, kleine Pendelwinkel und hohe Sicherheit. Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist der Entwurf einer robusten Reglung, gründend auf der H∞-Regelungsttheorie, für ein nichtlineares Modell eines 3-D-Portalkran- Systems. Das Verfahren soll mit dem klassischen Controllerdesign verglichen und resultierende Regelungsprobleme infolge von Störungen im Nutzlasttransport untersucht werden. Das Modell beschreibt die Position der Last sowie deren zeitliche Ableitungen. Davon kann das Problem für den Entwurf einer flachheitsbasierten Vorsteuerung abgeleitet werden, die dann mit einer optimalen, linearen bzw. nichtlinearen Regelung verbunden wird. Die nominalen Zustände können als Optimierungsparameter und Beschränkungen für die Stabilität, Überschwingen, Positionsregelung und Schwingungswinkel verwendet werden, unabhängig von der Lastmaße und in Abhängigkeit von der Seillänge. Dabei wird wie folgt vorgegangen: Zunächst wird ein nichtlineares Systemmodell mit Hilfe der Lagrange-Gleichungen erstellt. Dann wird das System mit Hilfe einer dynamischen Erweiterung exakt linearisiert. Als nächstes wird der geschlossene Regelkreis auf Basis der linear-quadratischen Regelung untersucht und mit einer robusten H∞ Regelung zur Kompensation von Modellierungsfehlern oder systeminterner und -externe Störung verglichen. Schließlich werden Simulationsergebnisse vorgestellt, welche die Wirksamkeit des Entwurfes belegen. Ein Ergebnis st dabei die verbesserte Leistung des nichtlinearen Reglers gegenüber dem klassischen Regler. Dies wird anhand einer Fähigkeit zu Verfolgung einesr schnellen Bahn, der Präzision der Positionierung und der minimalen Einflussbewegung der Nutzlast dargestellt. / Tesis

La presente tesis tiene por finalidad el diseño de un sistema para comandar un brazo robótico de asistencia que estará montado sobre una silla de ruedas automatizada, y cuya operación será por medio de señales EEG, con el objetivo de asistir a pacientes postrados con limitaciones de discapacidad muscular en miembros superiores, esclerosis lateral amiotrófica, lesión de la médula espinal, entre otros. El trabajo se enfoca en la implementación de un sistema basado en el procesamiento de señales cerebrales producto de estímulos visuales modulados a frecuencias específicas, con las cuales será posible clasificar y definir comandos de movimientos básicos sobre el brazo robótico. Todo ello con el objetivo de reducir fatigas mentales producto del uso de otras técnicas, como las cognitivas, que requieren mayor esfuerzo de concentración y muchas horas de entrenamiento previo para su correcto funcionamiento. Así mismo, la investigación muestra los criterios para la implementación del sistema de generación de estímulos visuales y resultados de los experimentos durante la adquisición, el procesamiento y clasificación de las señales recolectadas a partir de un dispositivo BCI portátil, con características limitadas en precisión y ancho de banda. / Tesis

Actualmente, la necesidad de proteger los recursos hídricos debido a la explotación indiscriminada y altos índices de contaminación ha obligado a la comunidad científica a buscar soluciones que posibiliten mitigar estas prácticas. El agua potable constituye un recurso vital que se encuentra en crisis. Para su protección se han creado organizaciones que fiscalizan su uso en las industrias, agricultura y minería. Se busca alternativas de solución de este problema para evitar pérdidas de vidas humanas y económicas, y/o conflictos sociales. En esta tesis se investiga la problemática relacionada con el control efectivo del proceso de neutralización del pH en los efluentes residuales de una planta concentradora de minerales polimetálicos, lo cual posibilita reutilizar el agua, evitando la contaminación de los lagos y/o lagunas cercanas con las aguas resultantes del proceso minero. Se desarrolla el diseño de un controlador predictivo generalizado (GPC) basado en un modelo con arquitectura adaptativa de inferencia neuro-difusa (ANFIS - Adaptive Neuro Fuzzy Inference System), es decir un controlador GPC-ANFIS. Considerando la alta no linealidad que presenta el comportamiento dinámico de la planta objeto de estudio, la arquitectura ANFIS posibilita obtener una cierta cantidad de modelos lineales en todo el rango de operación de dicha planta, es decir se divide el comportamiento dinámico de la planta en determinados modelos lineales, y cada uno de estos modelos forma parte de la estructura del controlador GPC-ANFIS. El controlador que se diseña presenta restricciones en el incremento de la señal de control, para lo cual se utiliza un algoritmo de programación cuadrática sujeta a restricciones, lo que posibilita el funcionamiento de la planta dentro de los límites de variación del pH requeridos (entre 7 – 8). Finalmente, se realiza un análisis de robustez del controlador diseñado, así como una propuesta de su implementación práctica. / Tesis

La elevada producción de minerales que está generando actualmente la minera Gabriela Mistral al sur de Chile, se debe a la eficiencia en su transporte de material por medio de camiones mineros Komatsu con desplazamiento autónomo, permitiendo interactuar con las distintas áreas de la mina por medio de un sistema GPS y sensores de ultrasonido ubicados alrededor del camión, para evitar obstáculos y vehículos alrededor de la mina. Por este motivo es que se busca en la presente tesis, el diseño de un controlador para la conducción autónoma de un camión articulado o de dos cuerpos, donde el sistema de control es más complejo debido al tipo de sistema a controlar y por la mayor cantidad de material a transportar. Por este motivo se obtiene y se presenta el modelo del camión minero articulado, el cual es utilizado para diseñar un controlador difuso y un controlador neurodifuso, permitiendo comparar ambos resultados mediante la simulación de la velocidad y dirección que otorga el camión articulado en las áreas más comunes de la minera Cerro Verde. La maniobrabilidad del sistema es obtenida a través de una base de reglas adquirida de los operadores de camiones Caterpillar 740, la cual es afinada posteriormente para conseguir un comportamiento deseado del camión a través de la variación de la velocidad ante eventos reales presentados en ruta, como es la evasión de obstáculos. La simulación se realiza en el software Matlab, y el área de los lugares que interactúa el camión articulado se obtiene a través de fotografías satelitales. La comparación de los resultados obtenidos por medio de las simulaciones gráficas y numéricas, nos permitirán indicar que el controlador neurodifuso es el adecuado para la conducción autónoma del camión minero articulado. Por este motivo es que se presenta de manera adicional, algunos alcances de la aplicación del controlador neurodifuso diseñado en el camión articulado Caterpillar 740. / Tesis

En la actualidad la influencia que existe por parte de los sistemas de control sobre las diversas ramas de la ingeniería ha ido en aumento; por lo que se esta convirtiendo en un elemento útil y de necesidad primordial para su difusión y enseñanza. Una manera óptima de reflejar estos conocimientos hacia los estudiantes es mediante el uso de módulos educativos de sistemas de control. Un caso particular, son los módulos de control de temperatura, los cuales cuentan con diversas características técnicas y científicas, a su vez proporcionan a los docentes una herramienta didáctica y práctica para la enseñanza. Los sistemas de control de temperatura cuentan con sensores dispuestos en la planta los cuales proveen de señales eléctricas a un interfaz conectada a un controlador, este a su vez, se encargará de procesar los datos y enviará señales hacia los actuadores instalados también en la planta. Su practicidad se basara en contar con un diseño el cual permita su conexión con controladores PC’s, a su vez la reducción de costos para el desarrollo e implementación se basaría en aplicar criterios de selección adecuados sobre los elementos que componen el sistema. La presente tesis tiene como objetivo el diseño del subsistema mecánico y eléctrico correspondiente a la planta diseñada y su interconexión con un interfaz hacia una computadora personal mediante una tarjeta de adquisición de datos. El documento se compone de cuatro capítulos. En el primer capítulo se establece el Estado del Arte de los módulos de Control de Temperatura. En el segundo capítulo se muestra la Descripción del Sub-sistema Mecánico y Eléctrico que forman parte del Sistema de Control. En el tercer capítulo se propone el diseño de cada subsistema. Y en el cuarto capítulo, se realizan pruebas y simulaciones de los diseños propuestos. Se concluye que la propuesta de diseño cumple con los requerimientos para las distintas etapas que componen el sistema, y a un menor precio que los del mercado internacional. / Tesis