El uso de moldes y matrices es imprescindible para la fabricación en serie de muchas piezas mecánicas; el desgaste en estos moldes y matrices hace que sea necesario su reemplazo por otros nuevos. La dificultad en la fabricación de estos moldes y matrices es cuando no se tiene información técnica, debido a la antigüedad de los mismos, por lo que la información para la fabricación se deberá obtener a partir del elemento original en ocasiones desgastado como única referencia de partida. Ante este problema, de falta de información técnica (planos), se desarrolló una metodología de modelamiento de superficies (utilizando métodos de interpolación, basados en spline cúbicos, o métodos de aproximación-NURBS); con la cual se generó una gran cantidad de puntos que representan a las superficies a modelar, partiendo del elemento ya desgastado. Para desarrollar esta metodología, en primer lugar se utilizó una Maquina de Medición por Coordenadas (CMM) para obtener un conjunto de datos discretos, llamados puntos dato, de dichas matrices los cuales representan las características geométricas de estos componentes; luego se procesó dichos puntos y se exportaron a Matlab. A continuación, en Matlab, se elaboró el programa de interpolación de Hermite, y el programa de aproximación (NURBS), con los cuales se analizó dichos puntos dato. Asimismo, con el fin de determinar qué método matemático fue el más adecuado, se comparó y validó estos puntos con una métrica de tolerancia previamente definida para, así validado, finalmente diseñar y simular la fabricación de dichas superficies utilizando software de CAD y CAM respectivamente. Con la aplicación de esta metodología a superficies teóricas (ecuaciones matemáticas definidas) y a superficies prácticas (componente mecánico real) se logró validar este procedimiento debido a que permitió diseñar un modelo de superficies optimizado, dentro del margen de error establecido y con características de forma suave, que se ajustan a la superficie real. / Tesis

The following work focuses on the kinematic and dynamic study of a four-wheeled robot, which is equipped with omnidirectional Mecanum wheels. The main objective of the thesis is to obtain a mathematical model from which both the kinematics and kinetics of the robot can be analyzed. Furthermore, the study presents a methodology to optimize the torques (and subsequent associated voltages) provided by each of the motors on the robot for a given trajectory. A system in which a non-powered trailer pulled by the robot is also analyzed at a kinematic level. In this stage, four different cases are considered. The construction of the trailer is also described on this work. In the first chapter, the global state of the art on analysis and control of omnidirectional robots (with focus on robots with Mecanum wheels) is presented. In the second chapter, the physical considerations for the general movement of the robot are analyzed, in order to derive the kinematic constrain equations of the locomotion system. The differential equation of motion is then derived using Lagrange-equations with multipliers. This chapter presents as well the kinematic analysis for a robot-trailer system. The third chapter describes the general process on the design of the trailer, including the rejected ideas for its construction. The fourth chapter focuses on verifying the final results of the design process, as well as tests to check the mobility of the system. Conclusions and future work are analyzed on the final part of the document, as well as the references and the acknowledgments to all the people involved in the project. / Tesis

El uso de moldes y matrices es imprescindible para la fabricación en serie de muchas piezas mecánicas; el desgaste en estos moldes y matrices hace que sea necesario su reemplazo por otros nuevos. La dificultad en la fabricación de estos moldes y matrices es cuando no se tiene información técnica, debido a la antigüedad de los mismos, por lo que la información para la fabricación se deberá obtener a partir del elemento original en ocasiones desgastado como única referencia de partida. Ante este problema, de falta de información técnica (planos), se desarrolló una metodología de modelamiento de superficies (utilizando métodos de interpolación, basados en spline cúbicos, o métodos de aproximación-NURBS); con la cual se generó una gran cantidad de puntos que representan a las superficies a modelar, partiendo del elemento ya desgastado. Para desarrollar esta metodología, en primer lugar se utilizó una Maquina de Medición por Coordenadas (CMM) para obtener un conjunto de datos discretos, llamados puntos dato, de dichas matrices los cuales representan las características geométricas de estos componentes; luego se procesó dichos puntos y se exportaron a Matlab. A continuación, en Matlab, se elaboró el programa de interpolación de Hermite, y el programa de aproximación (NURBS), con los cuales se analizó dichos puntos dato. Asimismo, con el fin de determinar qué método matemático fue el más adecuado, se comparó y validó estos puntos con una métrica de tolerancia previamente definida para, así validado, finalmente diseñar y simular la fabricación de dichas superficies utilizando software de CAD y CAM respectivamente. Con la aplicación de esta metodología a superficies teóricas (ecuaciones matemáticas definidas) y a superficies prácticas (componente mecánico real) se logró validar este procedimiento debido a que permitió diseñar un modelo de superficies optimizado, dentro del margen de error establecido y con características de forma suave, que se ajustan a la superficie real. / Tesis

El presente trabajo muestra el diseño de un mecanismo paralelo del tipo plataforma de seis grados de libertad y apoyos móviles que puede ser utilizado en un simulador de automóviles para el entrenamiento de conductores en nuestro país. El objetivo está centrado en lograr el diseño mecánico dejando pase a futuras investigaciones como el análisis de simulación mecánica, el diseño del sistema de control del mismo, entre otros que puedan complementar y optimizar el diseño de un simulador de manejo automatizado. A diferencia de muchos mecanismos utilizados para esta aplicación (tales como las plataformas Stewart Gough), este sistema no cuenta con actuadores de longitud variable, sino con barras de longitud constante cuyos apoyos en la base deslizan sobre rieles circulares. Para poder desarrollar este trabajo, se realizó una revisión de los fundamentos teóricos y el estado de la tecnología de los mecanismos en general, los robots paralelos y su aplicación hacia los simuladores de manejo. También se utilizaron investigaciones anteriores que analizaron el espacio de trabajo de este tipo de plataformas de barras que deslizan sobre un riel circular. Esta información fue de vital importancia para lograr el diseño conceptual pues brindó los requerimientos de movimiento que los simuladores de manejo poseen. A partir de ello se pudieron diseñar cada uno de los componentes del sistema de modo que puedan resistir los movimientos y cargas de la plataforma considerando sobre ella una carga de hasta 250 kg, la cual representa la masa de una persona y la de una estructura o cabina en donde ella pueda ubicarse. Este tipo de mecanismo es una buena alternativa para los simuladores porque logran incrementar el espacio de trabajo hasta 1,6 veces respecto a las plataformas convencionales como la Stewart Gough; además, su movimiento giratorio es menos restringido. Por otro lado, la utilización de un simulador para entrenamiento de conductores en nuestro país sería una buena alternativa frente a los peligros e inseguridad que enfrentan quienes conducen por primera vez, sobre todo en nuestra capital. / Tesis

La población representada por las personas de edad avanzada cada vez es mayor. Muchos de ellos poseen problemas propios de su edad tales como motrices y cardiacos. Impidiéndoles, según el grado de discapacidad, la accesibilidad tanto a lugares públicos y privados como consecuencia de esa limitación. Es por eso que debido a las razones expuestas, es necesario desarrollar un sistema de asistencia técnica que permita que estas limitaciones en cuanto a la accesibilidad del usuario a cualquier espacio disminuyan. Los objetivos del proyecto son desarrollar un sistema que permita que el usuario se sienta cómodo y seguro al usarlo, posibilite a sus apoderados tener conocimiento de su estado cardiovascular y ayude a subir o bajar escaleras. La presente tesis propone el desarrollo de un sistema mecatrónico de asistencia técnica para las personas de edad avanzada. Para lograr los objetivos expuestos, se establecieron 6 subsistemas. Entre ellos tenemos a los siguientes: El primer subsistema es el de la alimentación con energía eléctrica del diseño mecatrónico. Este permitirá suministrar los valores de tensión y corriente adecuados para los sensores y actuadores utilizados. Luego tenemos al subsistema de interfaz. Este posibilitará que el usuario interactúe con el sistema mecatrónico. El tercer subsistema es el sensado de la frecuencia cardiaca y el posicionamiento satelital. A través de un monitoreo se enviará información por mensaje de texto sobre el estado cardiovascular del usuario. Además, permitirá registrar anomalías que ocurren cuando la frecuencia muestreada es mayor a los 100 bpm o menor a los 60 bpm. Por lo que el sistema diferenciará 3 estados: alta, normal y baja. El posicionamiento satelital permitirá obtener la longitud y latitud de la ubicación de la persona. El cuarto subsistema es el de detección de desniveles. Permitirá que el nivel de sujeción de la andadera se acomode al nivel adecuado, valor cercano a la altura a la que se encuentra la cadera, cuando el usuario suba o baje desniveles. El quinto es el control de los motores del Tri-star. Este mecanismo permitirá que el usuario pueda subir o bajar las escaleras a través del diseño mecatrónico. Finalmente, la función del último subsistema es el del control del frenado. Este permitirá disminuir la velocidad de traslado. El trabajo se presenta en cinco capítulos. El primer capítulo plantea la problemática que afronta el sistema mecatrónico. El segundo capítulo describe los requerimientos del sistema y así mismo explica detalladamente los subsistemas que lo conforman. El tercer capítulo explica el concepto electrónico, mecánico y de control del sistema mecatrónico a través de los sensores, actuadores, planos y diagramas de flujo. El cuarto capítulo presenta el análisis de costo del sistema mecatrónico. Por último, el quinto capítulo muestra las conclusiones que se han obtenido al finalizar este proyecto. / Tesis

El sector turístico marítimo a nivel mundial se ha incrementado significativamente en los últimos años. Por lo tanto, la demanda de tener mayores opciones de seguridad dentro de las embarcaciones ha tenido que ser mejorada continuamente. Dentro de las alternativas de servicio al cliente, los cruceros deben tener un sistema adecuado de evacuación en caso de naufragio. El sistema tradicional de evacuación a veces demora tanto que por más seguros que sean botes salvavidas no son suficientes para evitar que las personas salten a mar abierto antes que el proceso concluya. En este escenario se identificó que estas personas tienen poca probabilidad de sobrevivir debido a que pueden desaparecer por las fuertes corrientes o bien ahogarse. Por tanto, el presente trabajo tiene como objetivo el diseño de un sistema de rescate que no dependa del tiempo de evacuación, para poder brindar a las personas un elemento de seguridad, que ayude a su supervivencia en mar abierto. En ese sentido, la “boya de salvamento automatizada para rescates en naufragios”, es un sistema mecatrónico que detecta la presencia de las personas en el mar, proporciona automáticamente un bote salvavidas inflable, cuenta con un sistema de comunicación vía GPS y un sistema de alarmas visuales y sonoras para que sea fácilmente detectable en mar abierto, bajo cualquier circunstancia. / Tesis

The following work focuses on the kinematic and dynamic study of a four-wheeled robot, which is equipped with omnidirectional Mecanum wheels. The main objective of the thesis is to obtain a mathematical model from which both the kinematics and kinetics of the robot can be analyzed. Furthermore, the study presents a methodology to optimize the torques (and subsequent associated voltages) provided by each of the motors on the robot for a given trajectory. A system in which a non-powered trailer pulled by the robot is also analyzed at a kinematic level. In this stage, four different cases are considered. The construction of the trailer is also described on this work. In the first chapter, the global state of the art on analysis and control of omnidirectional robots (with focus on robots with Mecanum wheels) is presented. In the second chapter, the physical considerations for the general movement of the robot are analyzed, in order to derive the kinematic constrain equations of the locomotion system. The differential equation of motion is then derived using Lagrange-equations with multipliers. This chapter presents as well the kinematic analysis for a robot-trailer system. The third chapter describes the general process on the design of the trailer, including the rejected ideas for its construction. The fourth chapter focuses on verifying the final results of the design process, as well as tests to check the mobility of the system. Conclusions and future work are analyzed on the final part of the document, as well as the references and the acknowledgments to all the people involved in the project. / Tesis

Las estructuras de tensegridad suave están compuestas por elementos flexibles de elastómeros, que cumplen las funciones de piezas de tensión y compresión. También es posible tener elementos elastómeros que se vean afectados por fuerzas magnéticas, al añadir partículas ferromagnéticas a su composición. Esto abre la posibilidad de accionar una estructura de tensegridad blanda a través de fuerzas magnéticas que pueden afectar algunas partes de la misma. La presente tesis desarrolló un prototipo de mecanismo para accionar magnéticamente una estructura lineal de tensegridad blanda. Para lograr este movimiento, en primer lugar, se propuso un movimiento oscilante angular para una estructura de tensegridad lineal, y se estableció la configuración de los elementos de tensión pretensados. A continuación, también se explica en detalle el proceso de fabricación, teniendo en cuenta los cálculos por lotes, las consideraciones del molde y los pasos individuales de la fabricación de elementos de elastómero. Finalmente, se diseñó un mecanismo impulsor para accionar la estructura de tensegridad suave, y también se consideraron los cálculos cinemáticos del mecanismo. / Soft tensegrity structures are composed of compliant elastomer elements that fulfill the roles of tension and compression parts. It is also possible to have elastomer elements that are affected by magnetic forces by adding ferromagnetic particles to their composition. This opens up the possibility to actuate a soft tensegrity structure through magnetic forces that can affect some parts of it. The current thesis developed a mechanism prototype to actuate magnetically a linear soft tensegrity structure. To achieve this actuated movement, first, an angular oscillating movement was proposed for a linear tensegrity structure, and the pre-stressed configuration of tension elements was established. Next, the fabrication process is also explained in detail, considering batch calculations, mold considerations, and the individual steps of the elastomer element fabrications. Finally, a driver mechanism was designed to actuate the soft tensegrity structure, and the kinematic calculations of the mechanism were also considered.

La población representada por las personas de edad avanzada cada vez es mayor. Muchos de ellos poseen problemas propios de su edad tales como motrices y cardiacos. Impidiéndoles, según el grado de discapacidad, la accesibilidad tanto a lugares públicos y privados como consecuencia de esa limitación. Es por eso que debido a las razones expuestas, es necesario desarrollar un sistema de asistencia técnica que permita que estas limitaciones en cuanto a la accesibilidad del usuario a cualquier espacio disminuyan. Los objetivos del proyecto son desarrollar un sistema que permita que el usuario se sienta cómodo y seguro al usarlo, posibilite a sus apoderados tener conocimiento de su estado cardiovascular y ayude a subir o bajar escaleras. La presente tesis propone el desarrollo de un sistema mecatrónico de asistencia técnica para las personas de edad avanzada. Para lograr los objetivos expuestos, se establecieron 6 subsistemas. Entre ellos tenemos a los siguientes: El primer subsistema es el de la alimentación con energía eléctrica del diseño mecatrónico. Este permitirá suministrar los valores de tensión y corriente adecuados para los sensores y actuadores utilizados. Luego tenemos al subsistema de interfaz. Este posibilitará que el usuario interactúe con el sistema mecatrónico. El tercer subsistema es el sensado de la frecuencia cardiaca y el posicionamiento satelital. A través de un monitoreo se enviará información por mensaje de texto sobre el estado cardiovascular del usuario. Además, permitirá registrar anomalías que ocurren cuando la frecuencia muestreada es mayor a los 100 bpm o menor a los 60 bpm. Por lo que el sistema diferenciará 3 estados: alta, normal y baja. El posicionamiento satelital permitirá obtener la longitud y latitud de la ubicación de la persona. El cuarto subsistema es el de detección de desniveles. Permitirá que el nivel de sujeción de la andadera se acomode al nivel adecuado, valor cercano a la altura a la que se encuentra la cadera, cuando el usuario suba o baje desniveles. El quinto es el control de los motores del Tri-star. Este mecanismo permitirá que el usuario pueda subir o bajar las escaleras a través del diseño mecatrónico. Finalmente, la función del último subsistema es el del control del frenado. Este permitirá disminuir la velocidad de traslado. El trabajo se presenta en cinco capítulos. El primer capítulo plantea la problemática que afronta el sistema mecatrónico. El segundo capítulo describe los requerimientos del sistema y así mismo explica detalladamente los subsistemas que lo conforman. El tercer capítulo explica el concepto electrónico, mecánico y de control del sistema mecatrónico a través de los sensores, actuadores, planos y diagramas de flujo. El cuarto capítulo presenta el análisis de costo del sistema mecatrónico. Por último, el quinto capítulo muestra las conclusiones que se han obtenido al finalizar este proyecto.

The sensitivity of electromagnetic force compensated weighing cells can be enhanced by adjusting the relative distance between two specific joints in its mechanism. However, owing to the difficulties of the adjustment of the flexure hinge position in the compliant mechanism, this adjustment option has not yet been realized. In this scientific thesis, an adjustment device was developed. This adjustment device can be integrated into an EMFC weighing cell and allows adjustments while the balance is in operation. To this end, the guideline VDI 2221 was applied in the design process to develop possible concept solutions. The most suitable option was selected by a technical-economic analysis. The technical realization of the selected solution concept was elaborated based on design guidelines and model equations. The adjustment device was designed to work under a tensile force of up to 15 N. A finite element analysis was performed to evaluate the operation of the adjustment device. This analysis demonstrates the feasibility of the device to shift the flexure hinge within a displacement range of 6 mm. The numerical analysis reveals an angular deflection up to 7.2 arcsec perpendicular to the rotational axis of the adjusted joint. Based on the original model, geometry variations of certain components were investigated to identify optimization possibilities. It was found that the angular distortion can be diminished by a more symmetric setup, especially concerning the linear guide. / Die Empfindlichkeit von elektromagnetisch kraftkompensierten Wägezellen kann durch die Justierung des relativen abstands zwischen zwei spezifischen Festkörpergelenken erhöht werden. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Justierung der Festkörpergelenkposition im nachgiebigen Mechanismus ist diese Justiermöglichkeit jedoch noch nicht realisiert. In dieser Masterarbeit wurde ein eine Justiereinrichtung entwickelt. Diese Justiereinrichtung kann in eine EMFC-Wägezelle integriert werden und ermöglicht eine Justierung während des Betriebs der Waage. Zu diesem Zweck wurde im Entwicklungsprozess die Richtlinie VDI 2221 angewendet, um mögliche Konzeptlösungen zu entwickeln. Die geeignetste Option wurde durch eine technisch-ökonomische Analyse ausgewählt. Die technische Realisierung des ausgewählten Lösungskonzepts wurde auf der Grundlage von Designrichtlinien und Modellgleichungen erarbeitet. Die Justiereinrichtung wurde so konzipiert, dass sie unter einer Zugkraft von bis zu 15 N arbeitet. Eine Finite-Elemente-Analyse wurde durchgeführt, um den Funktion der Justiereinrichtung zu bewerten. Diese Analyse demonstriert die Möglichkeit des Gerätes, das Festkörpergelenk in einen Verschiebungsbereich von 6 mm zu verschieben. Die numerische Analyse zeigt eine Winkelauslenkung bis 7.2 arcsec senkrecht zur Drehachse des justierten Gelenks. Basierend auf dem Originalmodell wurden Geometrievariationen bestimmter Komponenten untersucht, um Optimierungsmöglichkeiten zu identifizieren. Es wurde festgestellt, dass die Winkelverzerrung durch einen symmetrischeren Aufbau, insbesondere hinsichtlich der Linearführung, verringert werden kann. / Tesis