El programa de Maestría de Ingeniería Mecatrónica de la PUCP desea contar con un brazo robot de 5GDL, teniendo a la fecha la estructura mecánica; ahora desea agregarle la parte electrónica para la enseñanza de robótica avanzada. El desarrollo del sistema experimental ha sido dividido en 3 partes en el curso Proyecto Electrónico 1 de la especialidad de Ingeniería Electrónica y está generando 3 tesis de pregrado, una ya sustentada; acá se abordan las partes más relevantes de esos trabajos: el hardware electrónico, la interface de usuario, y el control electrónico que permite la cinemática directa e inversa, así como el seguimiento de una trayectoria. Lo que se ha desarrollado en esta tesis en la parte de hardware es la selección de los motores, excitadores y sensores de posición, se ha diseñado e implementado un controlador Maestro y 5 controladores Esclavos. En la parte de software se ha desarrollado una interfaz desde una PC en Visual Basic para que se ingresen los movimientos que debe realizar cada una de sus 5 articulaciones del brazo robot, ya sea de un punto inicial a otro final, o para que describa una trayectoria. También se ha realizado la comunicación en lenguaje C entre la mencionada interfaz y el controlador maestro, y la comunicación de este último con los 5 controladores esclavos; finalmente se ha realizado un control PD en cada articulación. El brazo robot cuenta con sensores de fines de carrera y detectores de sobre corriente que cuando se activen harán que el robot detenga su movimiento para evitar cualquier accidente. / Tesis

La importancia del estudio de la estabilidad y de la marcha o caminar de una persona ha originado que se desarrollen diversas tecnologías para su análisis y evaluación clínica. Con el paso del tiempo, las técnicas y dispositivos empleados han ido mejorando a tal punto que hoy en día existen empresas y laboratorios que se dedican únicamente a su diseño y fabricación. Tanto la marcha como estabilidad presentan parámetros que permiten a los médicos especialistas conocer si un paciente presenta alteraciones en el sistema nervioso, alguna patología o identificar otros posibles factores. Con el empleo de herramientas existentes, estas alteraciones podrían ser detectadas de manera más rápida y adecuada; con ello, si es necesario, iniciar un tratamiento al paciente y realizar un control sobre cómo es que va evolucionando hasta que logre su recuperación; o en todo caso verificar si el tratamiento que sigue es el adecuado. Estas tecnologías han sido desarrolladas desde hace muchos años; sin embargo, en nuestro país son escasas las instituciones que cuentan con algunos de estos sistemas debido a los elevados costos que presentan. Por lo descrito anteriormente, el objetivo principal de la presente tesis es el diseño de una plataforma dinamométrica de bajo costo, la cual permitirá calcular la fuerza que ejerce una persona sobre la plataforma y así se obtenga información sobre algunos parámetros asociados a la marcha y estabilidad de una persona. La plataforma emplea galgas extensiométricas como sensores, los cuales requieren una etapa de acondicionamiento para que puedan ser procesados y luego se realicen los cálculos necesarios. Se muestran también los diseños planteados como solución; así como las pruebas que se realizaron con la plataforma para verificar su correcto funcionamiento. / 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

En el presente trabajo se plantea el diseño de un brazo robótico de 5 grados de libertad con un sistema de control de movimiento modificable por el usuario y un control de seguridad que garantice el bienestar del usuario y de la máquina. Se realizan los cálculos del diseño mecánico y electrónico necesarios que garanticen el buen funcionamiento de la máquina. Para ello, se obtiene el modelo cinemático del brazo robótico por medio de la obtención de los parámetros de Denavit-Hartenberg y el método geométrico. Por otro lado, se obtiene el modelo dinámico del robot resolviendo las ecuaciones de Euler-Lagrange. El dimensionamiento de piezas, ensamblaje y planos mecánicos del robot se realiza mediante el software Autodesk Inventor; así como también se consigue exportar el archivo CAD al software Matlab con la finalidad de corroborar una posible aplicación del diseño propuesto. Además, se realiza los circuitos esquemáticos del sistema usando el programa Eagle, para la selección de componentes electrónicos se hace uso de diferentes manuales y datasheets otorgados por los fabricantes. Para la cotización de los componentes utilizados, se obtuvo proformas y cotizaciones por correo electrónico, cabe resaltar que en el caso de componentes importados se está Considerando el costo de envió. Respecto a los resultados obtenidos, estos fueron positivos debido a que se consigue tener un diseño de brazo robótico que sea seguro para el usuario debido a que contiene sensores de corriente para evitar una sobrecarga en los motores y una parada de emergencia para detener el movimiento del robot cuando se requiera. Además, se le permite al usuario colocar las diferentes ecuaciones de movimiento para el control de robot y de esta manera poder tener un control libre a voluntad del usuario. Algunos cálculos fueron realizados por el software Autodesk Inventor, el reporte mostrado por este programa mostró un diseño valido y resultados positivos que ratificaron como correctos los parámetros ingresados para su análisis. En conclusión, el brazo robótico diseñado tiene un fin educacional y de investigación. El sistema de control de movimiento puede ser modificado por el usuario; es decir, le permite alterar diferentes parámetros en las ecuaciones de movimiento para su control. Cabe resaltar que se le proporciona al usuario información de la cinemática y dinámica del brazo robótico; de esta manera, con pruebas experimentales es posible corroborarlas. Esta información ayudará al usuario a realizar el control del brazo robótico diseñado. / Tesis

El objetivo de este trabajo es la obtención del modelo dinámico inverso de un simulador de marcha humana basado en la plataforma Stewart-Gough. Para conseguir tal objetivo, se optó por utilizar un planteamiento existente, el cual ha sido analizado y desarrollado con el fin de que el lector pueda entender paso a paso cómo se obtiene la ecuación final de la dinámica inversa. El presente trabajo es uno de los elementos principales para la implementación de la estrategia de control, cuya finalidad es simular con precisión una trayectoria dada. El modelo dinámico es de tipo inverso puesto que se obtienen las fuerzas a partir del conocimiento del movimiento del sistema. Tal modelo se obtuvo mediante la combinación entre los métodos Newton-Euler y la formulación de Lagrange, los que a su vez fueron aplicados sistemáticamente para constituir una forma compacta y cerrada de ecuaciones dinámicas, con la finalidad de desarrollar las ecuaciones de movimiento. La dinámica de tipo directa es también necesaria para plantear la estrategia de control, pero en el presente trabajo tal análisis no ha sido abordado. Considerando las ventajas que ofrece el método Newton-Euler y la formulación de Lagrange se pudo obtener una forma compacta y cerrada de ecuaciones dinámicas en un determinado espacio de trabajo a través de la combinación de ambos métodos de modelación, con la finalidad de obtener el modelo dinámico del sistema. Tal planteamiento ha sido propuesto por Guo y Li, quienes analizan la cinemática y dinámica inversa de un manipulador paralelo de seis grados de libertad, como el que se ha diseñado en la PUCP. En este sentido, la deducción del modelo dinámico se dividió en dos partes, el movimiento de los seis actuadores unidos a la base fija y el de la plataforma móvil. Las fuerzas restrictivas en la unión superior de cada actuador fueron obtenidas a través de la formulación de Lagrange. La concepción de la dinámica de la plataforma fue obtenida mediante el método Newton-Euler, incorporando fuerzas restrictivas en la forma compacta. Los efectos de la fricción no fueron evaluados, lo cual permite que el modelo dinámico planteado sea mejorado. Finalmente, el modelo dinámico fue implementado y simulado en computadora utilizando el software Mathcad, con la finalidad corroborar y validar el procedimiento analítico realizado para la obtención de la ecuación dinámica inversa de la plataforma Stewart-Gough. / Tesis

En el presente trabajo se realizó la modelación y simulación de la dinámica inversa de un robot articular de cuatro grados de libertad que usa láser para realizar corte de precisión de madera y tiene definida su superficie de trabajo en un plano horizontal. Este trabajo es una parte de un proyecto multidisciplinario desarrollado por tesistas de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Electrónica que busca desarrollar máquinas automáticas industriales para uso en nuestro país, y obtener las herramientas y el conocimiento para poder mejorar nuestros propios procesos. En el proyecto se realizó el diseño preliminar del mecanismo base correspondiente al brazo robótico, lo que incluyó el dimensionamiento previo de los eslabones y la definición de los pares cinemáticos. Estas características fueron determinadas de manera que el robot sea capaz de ubicarse sin problemas en toda el área de trabajo. / Tesis

La presente tesis consiste en el diseño mecánico de un prototipo de prótesis mioeléctrica dirigida a pacientes que sufrieron amputaciones por debajo del codo (transradial). Se presenta el análisis de un mecanismo de un grado de libertad que simula el movimiento de los dedos índice y pulgar de una mano humana con el propósito de realizar la sujeción de objetos de 0,5 kg de masa, considerando el tamaño y peso de la mano de una persona adulta promedio. El movimiento de los dedos está restringido por la relación de posición angular entre falanges, para ello se utiliza el mecanismo de doble manivela aplicado en la articulación de cada falange. Además, se realiza el análisis a través de las ecuaciones de Freudenstein para determinar las dimensiones y verificar cada elemento a través del cálculo por resistencia de materiales. Finalmente, para el accionamiento de los dedos se emplea un actuador neumático que garantiza un control proporcional de la fuerza a emplear. / Tesis

La presente tesis desarrolla el diseño de un mecanismo robótico de dos grados de libertad para rehabilitación de miembro superior en usuarios con post-infarto cerebral como solución alternativa de rehabilitación al método convencional en mejorar la recuperación del miembro superior. El proyecto responde a un aumento de la población adulta que sufre de alguna discapacidad, el déficit de atención hospitalaria y de infraestructura adecuada en los centros de rehabilitación que generan secuelas en la vida del paciente por no haber sido atendido en el momento oportuno. En el presente documento se describe el mecanismo diseñado, el cual contempla realizar los movimientos de flexo/extensión con un rango de 0 º a 120 º y el de prono/supinación con un rango de 0 º a 90 º. El mecanismo se desarrolló para trabajar con órdenes de un interfaz cerebro computadora, pero puede adaptarse a otras formas de interacción debido a que recibe señales. El primer movimiento se realiza por transmisión de engranajes y el segundo por cable de acero. Además, el mecanismo está acoplado a una base que permite adaptar el diseño robótico a diferentes miembros superiores. El costo de diseño y de fabricación de este dispositivo está alrededor de los S/. 6,000. En el desarrollo de este trabajo se empleó la metodología de diseño de la norma alemana VDI 2206

Actualmente, el uso de robots en diferentes campos y ambientes se ha convertido en tema de investigación para profesionales relacionados al ámbito científico, ingenieros de distintas ramas y especialistas en temas sociales y culturales, dando paso a nuevos conceptos como la robótica de asistencia y/o social lo que nos revela nuevos tópicos y puntos de acción de la mecatrónica hoy en día. Esta nueva concepción de robótica permite que se utilice tecnología como apoyo a diferentes áreas entre las que se encuentran la medicina y el cuidado de la salud donde se necesita un grado mayor de innovación tecnológica especialmente en la automatización de procesos que forman parte de una cadena mayor de producción. Esta problemática sirve como punto de partida y motivación para el presente trabajo de tesis que plantea el desarrollo de un sistema compuesto por el robot industrial Baxter junto con algoritmos de visión por computadora para el reconocimiento de instrumental quirúrgico usados en ambientes hospitalarios específicamente en centrales de esterilización. Los principales objetivos de este sistema son: automatizar tareas recurrentes de manera eficiente en el menor tiempo posible, obtener y llevar control de los diversos materiales clasificados (cantidad, tipo, etc.) y aprovechar la capacidad de este robot para trabajar en conjunto con operarios o reemplazarlos según sea conveniente con el fin de evitar riesgos potenciales. El sistema planteado consiste en la implementación de algoritmos robustos de reconocimiento por imágenes en Python, el diseño de un actuador o gripper adaptado especialmente para el robot Baxter que permita un correcto manejo y traslado del material con el cual se tendrá contacto y el envío de los datos recolectados en el todo proceso a un servidor web local. Los resultados obtenidos incluyen el desarrollo de un sistema robusto compuesto por algoritmos de procesamiento de imágenes junto con un gripper mecánico de bajo costo impreso en 3D, así como pruebas de concepto de los puntos más relevantes que validen la lógica y efectividad del trabajo propuesto mediante simulaciones.

Miles de personas en el mundo son afectadas por enfermedades causantes de parálisis tales como esclerosis lateral amiotrófica, lesiones en la médula espinal y distrofia muscular. En los últimos años, investigadores han buscado desarrollar soluciones tecnológicas para asistir a estos pacientes. En el 2012, una mujer con tetraplejia, causada por un paro cerebral, fue capaz de acercar una botella a su boca y beber de ella, utilizando señales EEG invasivas [1]. Recientemente, en el 2016, ahora mediante sensores EEG no invasivos, se realizaron pruebas en 13 sujetos sanos para mover un brazo robot en dos dimensiones [2]. Buscando colaborar en el desarrollo de robots asistenciales, el presente trabajo propone el diseño e implementación de las funciones de 'agarre' y 'levante' en el brazo robot Kinova, donde las señales de activación provendrán de señales EEG y el algoritmo de traducción estará basados en modelos de deep learning. Los modelos de deep learning mencionados serán basados en la solución propuesta por Alex Barachant y Rafael Cycon para la clasificación de señales EEG [3]. El dataset que se utilizará para el entrenamiento se toma del repositorio WAY-EEG-GAL financiado por la unión europea [4]. A pesar de que las señales EEG corresponden a movimientos físicos reales, los cuales no pueden ser realizados por los pacientes con las enfermedades antes mencionadas, este trabajo busca brindar un aporte a la literatura médica e ingenieril y al avance de las aplicaciones de interfaz cerebro-computador. Adicionalmente, se busca proponer el método para evaluar el desempeño en una prueba experimental del algoritmo referido, lo cual no se ha abordado en la literatura presente hasta el momento.