El continuo aumento de la exportación de uvas de mesa en el Perú lleva a implementar nuevas técnicas y mejoras en la cadena de producción con el fin de cubrir la demanda externa. Uno de los procesos más críticos es la selección, la cual se realiza manualmente según parámetros específicos para cada región de destino y relacionados al color, tamaño, forma de las bayas así como en el peso del racimo. En este trabajo se presenta el diseño mecánico-eléctrico de una máquina mecatrónica, que junto con un sistema de visión y control realizado en el trabajo de tesis “Estudio de un sistema para el control de tamaño y peso de uva de mesa” por el Ing. André Basilio Vela, permite la automatización en la selección de uvas de mesa Red Globe por tamaño y peso a una capacidad máxima de procesamiento de 200 kg/hr. El diseño realizado tiene como finalidad poder ser fabricado en un trabajo futuro para evaluar su eficiencia y eficacia real y aumentar la capacidad de producción de la máquina. La máquina consta principalmente de una mesa transportadora, un módulo de selección por visión y un módulo de separación. La mesa transportadora utiliza un motorreductor para dar el giro a una faja transportadora de uvas de mesa ingresadas por un operario; se utiliza aire comprimido para la remoción de gotas de agua que se encuentren en la superficie de la uva de mesa accionada por un sensor de proximidad, el módulo de selección por computadora identifica que producto cumple las condiciones físicas de tamaño y peso mínimo; y el módulo de separación utiliza básicamente un pistón neumático para remover de la mesa transportadora las uvas rechazadas previamente por el sistema de visión y ser trasladadas por gravedad a una zona de descarga manual que amortigua la caída. Las uvas seleccionadas también se descargan manualmente y al final de la faja transportadora. Por último, las condiciones de selección son ingresadas a través de una interfaz Hombre-Máquina. Se incluye como elementos de seguridad protectores mecánicos para los componentes móviles de la máquina y elementos de protección eléctricos. Se consideró también temas de ergonomía básica en el diseño de la mesa transportadora y en la ubicación tanto de la caja de mando como en la de interfaz Hombre-Máquina. El costo total estimado correspondiente a la fabricación de la maquina sin incluir la adquisición de los equipos del sistema de visión es S/48,675.00. / Tesis

Las complicaciones que llevan a las personas a tener alguna amputación de miembro superior son cada vez más frecuentes, por ello para mantener la calidad de vida de estas personas se han venido desarrollando prótesis de todo tipo a lo largo de los años. Sin embargo, la mayoría de las prótesis funcionales no son accesibles por su elevado precio. Lo que provocó que el desarrollo de estos sistemas se mecanice mediante la impresión 3D, reduciendo considerablemente los costos de manufactura. Esta técnica puede ser más barata pero no termina de ser eficiente en cuanto a su interacción. Siendo el objetivo de estas prótesis que el usuario se fidelice con el sistema para que no lo abandone. Un sistema de control activado por señales EMG que coloque al usuario dentro del lazo de control con un sistema háptico, que retroalimente la fuerza de presión de la prótesis directamente al usuario mejora este tipo de interacción de los usuarios con el medio. El sistema de control más robusto para este tipo de aplicaciones que tiene la practicidad y rapidez que se necesita, es el control directo de posición-fuerza. En el presente trabajo de tesis se muestra el desarrollo de un sistema de control para una prótesis transhumeral con actuación híbrida (actuación mecánica de codo y mioeléctrica de mano). Este sistema será activado mediante el reconocimiento de la intención de movimiento del usuario, que se activa mediante la lectura de señales EMG del bíceps, y para tener un sistema de lazo cerrado con el usuario se implementa también un sistema háptico de retroalimentación que consta de un disco vibrador que traduce la cantidad de fuerza que ejerce el brazo con una frecuencia directamente proporcional de vibración. El desarrollo de este sistema de control permite interactuar al usuario con objetos y realizar la apertura y cierre de la mano de manera automática y manual. El control tiene un tiempo de establecimiento de aproximadamente 3.623 segundos y el sistema de control puede llegar a costar 3233 soles. Por ende, se puede mejorar las prótesis mecanizadas en impresión 3D mediante este sistema de control que es accesible, económico, y eficiente en cuanto al control de posición-fuerza para las personas que hayan sufrido alguna amputación de miembro superior.

Los brazos protésicos son diseñados con la finalidad de restaurar funciones para aquellos con amputación de miembro superior. En la actualidad, existen avances significativos en brazos robóticos motorizados capaces de un amplio rango de sujeciones. Sin embargo, dichas prótesis operan con una lógica de control que no se encuentra diseñada para retornar las sensaciones del tacto nuevamente; por lo tanto son incapaces de comunicar los estímulos externos sobre la prótesis al usuario. Esta ausencia de señales de retroalimentación impiden el uso eficiente de la prótesis. Así, la falta de retorno sensorial constituye una de las principales razones por la que los usuarios dejan de emplear su prótesis. En este marco, la presente tesis propone el diseño de un sistema de retroalimentación háptico de tipo palmo dactilar, orientado a captar las sensaciones vinculadas a la propiocepción de los dedos, la fuerza ejercida durante la prensión y la percepción de deslizamiento inminente de objetos, con el fin de redirigir estas señales de manera no invasiva hacia la sección amputada del usuario. Este sistema busca mejorar el control y destreza en el uso de la prótesis de mano, específicamente diseñado para integrarse en el modelo de prótesis “PUCP-Hand”. Este trabajo presenta en detalle el diseño del sistema mecatrónico propuesto, compuesto por un subsistema de sensado en la prótesis y un subsistema de actuación en el antebrazo del usuario. El subsistema de sensado registra el ángulo de flexión de los dedos, la fuerza ejercida durante la prensión de objetos y su deslizamiento; mientras que el subsistema de actuación comunica estas sensaciones de propiocepción, prensión y deslizamiento inminente a través de tres vibraciones de intensidad variable. Con el fin de validar el diseño planteado, se realizaron simulaciones electrónicas del funcionamiento general del sistema, así como una simulación por elementos finitos a la estructura del subsistema de actuación. Los resultados alcanzados permiten concluir que, mediante la aplicación de la metodología de diseño mecatrónico, se ha diseñado un sistema de retroalimentación háptico palmo dactilar para la prótesis de miembro superior modelo "PUCP-Hand". Un diseño que permite transmitir las sensaciones de propiocepción en los dedos, fuerza y deslizamiento de objetos al usuario. Un diseño con un costo de producción de S/ 3,481.16 y un costo de diseño de S/ 21,840.00.

La presente tesis aborda el problema del abastecimiento de batería de los drones siendo su periodo de duración insuficiente para cubrir operaciones de mayor durabilidad. En la actualidad, la utilidad de los drones ha ido en aumento en los diversos campos en los que se desenvuelve, así como también su automatización. Con respecto a ello, con la constante evolución de la tecnología y la creciente demanda de automatizar los procesos en los que son requeridos estos dispositivos, se ha logrado que los UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) sean autónomos en las operaciones que se requieren. De esta forma, ya no es necesario que sea controlado por algún operario en tiempo real, sino que puede funcionar de forma autónoma. Sin embargo, como se mencionó brevemente, las operaciones realizadas por estos dispositivos pueden tomar un tiempo mayor al de la duración de su batería, por lo que más tiempo implica menos operaciones por día y esto afecta a la productividad. De aumentar esta característica en los drones, se podrían usar, por ejemplo, como sistemas de vigilancia, ya que estos sistemas requieren una continuidad en su operación. Como segundo ejemplo podrían usarse para el envío de objetos a largas distancias de forma autónoma. Se propuso realizar el diseño preliminar de un sistema mecatrónico automático que realizará el abastecimiento de batería de los drones con baterías LiPo 6S (6 celdas). Para lograr este diseño son necesarios los siguientes subsistemas: subsistema de transporte de batería, subsistema de sujeción de dron y el subsistema de adaptación de batería. El subsistema de transporte de batería estará conformado por un robot cartesiano ensamblado con un gripper magnético y un anaquel para guardar las baterías. Este arreglo permitirá la sujeción, extracción y colocación de la batería. El segundo subsistema está conformado por dos actuadores lineales, los cuales se encargarán mantener el dron fijo para poder realizarse el proceso de abastecimiento de la batería. Por último, el subsistema de adaptación de batería, que es el diseño de un sistema mecánico que se ubicará en la parte media del dron para facilitar la extracción y colocación de la batería. Las baterías a emplear en este diseño son baterías LiPo 6S y estas tienen unas dimensiones aproximadas de 59 mm x 64 mm x 158 mm. Además, su peso es aproximadamente de 1.5 kg. Esto permitirá realizar un mejor diseño para las consideraciones mostradas. Eventualmente, se delimitó a este tipo de batería ya que son las que más se usan en promedio para drones de dimensiones mayores a un metro de diámetro. El sistema procesará la información en un controlador y estará constantemente validando, enviando y recibiendo data de internet, es decir, monitoreando en la nube. Se realizará un monitoreo de la información en la nube ya que estos sistemas operan de forma automática y además porque es necesario alertar sobre los posibles fallos para que el sistema sea reparado lo antes posible.

Actualmente, la capacidad de las máquinas comerciales disponibles en el mercado mundial para el procesamiento primario de manzanas no es compatible con la escala de producción de las empresas peruanas mayoristas distribuidoras de manzanas. Así pues, las máquinas comerciales para lavado y secado de manzanas usualmente tienen un procesamiento mayor o igual a 10tn/h. En cambio, empresas peruanas mayoristas como Teófila y Asociados SAC solo procesan y distribuyen alrededor de 3 toneladas al día. En consecuencia, muchas empresas peruanas prefieren omitir el procesamiento primario de estas frutas. La presente investigación propone el diseño conceptual de una máquina automática de lavado de manzanas con capacidad de 60 kg y procesamiento de 3000 manzanas en una hora, adecuada para la producción peruana. De acuerdo con las metodologías de diseño mecatrónico (VDI 2206) y de diseño de sistemas técnicos y productos (VDI 2221), este documento analiza y compara sistemas automáticos de lavado; detalla las características de las variedades de manzana Delicia, Winter e Israel y presenta el diseño conceptual de una máquina automática para lavar manzanas, incluyendo el diseño de la interfaz de usuario.

En el presente trabajo de investigación se realizó el diseño conceptual de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz entre los 6 y 12 años. El diseño planteado de la silla de ruedas teleoperada posee dos modalidades, conducción manual y remota por medio de un dispositivo móvil. Además, el paciente tiene la posibilidad de realizar sus necesidades higiénicas con mayor facilidad y comodidad desde la propia silla de ruedas, ubicando la silla sobre el inodoro. Primero, se realizó un marco teórico donde se identificó la situación actual de los niños con discapacidad física motriz y las diversas enfermedades que afrontan. Posteriormente, se realizó un análisis del estado del arte para comparar las tecnologías existentes, y en base a estas y a los requisitos de usuario, se identificaron los requisitos de diseño. Con esta información se definió las principales funciones y subfunciones del sistema, así como los componentes requeridos para su correcto funcionamiento por medio de una solución óptima a la problemática. Por último, para explicar el funcionamiento del sistema mecatrónico diseñado se presentó los diagramas de arquitectura mecatrónica y dominio eléctrico electrónico en base a la solución óptima seleccionada, así como un primer bosquejo técnico del sistema físico y, un diagrama de operaciones general que describe la lógica y secuencia del sistema diseñado.

El presente trabajo de investigación tiene como objetivo diseñar conceptualmente una prótesis de codo con activación híbrida para personas con un nivel de amputación del brazo por encima del codo, lo cual consiste en integrar los métodos de actuación eléctrica y accionamiento por los movimientos del cuerpo. Ello se realiza con el fin de aprovechar y fusionar sus ventajas para lograr un precedente en el campo de investigación de las prótesis transhumerales híbridas, el cual no ha sido investigado debidamente en comparación con el aumento de casos de amputaciones transhumerales. Este trabajo realizará un estudio al estado del arte de distintas prótesis transhumerales, las cuales se usarán de referencia al momento de generar conceptos de solución. Estas soluciones cumplirán con los requerimientos y estructura de funciones planteados previamente. Además, las soluciones serán evaluadas de manera económica y técnica a fin de llegar a una solución óptima. Para terminar, se llega a un diseño conceptual óptimo que logra la sinergia de ambos modos de actuación y permite un control moderado de los movimientos de flexoextensión del codo protésico. En conclusión, se realiza un diseño conceptual de la prótesis de la articulación del codo que realiza los movimientos de flexoextensión fusionando los métodos de actuación descritos y que funciona como apoyo de los miembros remanentes. Asimismo, se logra integrar el control mioeléctrico que permite corregir los movimientos accionados por el cuerpo, con la ventaja de no usar constantemente los actuadores y con ello se reduce el peso de los actuadores y la batería respecto a una prótesis puramente mioeléctrica.

En esta tesis se realiza el diseño de un sistema de orientación de una antena reflectora satelital que tiene un movimiento giratorio de dos grados de libertad. Para realizar el diseño se aplican conocimientos que combinan la ingeniería electrónica, mecánica e informática. El diseño mecánico se basa en diversos tipos de antenas satelitales ya existentes de los cuales se modifica la montura o mecanismo de orientación de acimut y elevación. Para el movimiento de acimut se usa un motor acoplado a una base giratoria con rodamiento axial y para la elevación se usa un mecanismo conocido como gusano engranaje con un eje y 2 rodamientos radiales. El control de los movimientos de la antena se diseñó a partir de un circuito electrónico basado en el módulo Arduino como controlador PID. Además, el circuito está compuesto por un DAC que usa un arreglo R-2R y controladores de velocidad (ESC) para el control de los motores que realizan el movimiento, un giroscopio que sensa la posición angular de los ejes de orientación y una etapa de potencia para la alimentación de todos los componentes activos, sensores y actuadores. En la parte informática se diseñó un programa en VISUAL BASIC que actúa como interfaz de usuario y permite ingresar los ángulos deseados (setpoints) y conocer los ángulos alcanzados por los motores (valores finales). Además, el programa almacena datos de las posiciones orbitales de los satélites geoestacionarios y esta información es usada para orientar la antena rápidamente hacia el satélite deseado. Todas las partes descritas se combinan en un sólo sistema mecatrónico integrado que permitirá el control de la orientación de la antena parabólica satelital en acimut y elevación con el fin que el dipolo de la antena este alineado con el satélite geoestacionario indicado. En una eventual implementación del sistema, es deseable que corrija el alineamiento automáticamente en caso de desapuntamiento.

La industria de arándano en nuestro país ha alcanzado un incremento en los últimos años. Por lo cual, el uso de nuevas tecnologías para el sector agroindustrial se convierte en un complemento para el desarrollo de una producción adecuada. El presente documento propone el diseño de un sistema que indique el estado de madurez del arándano en los arbustos utilizando aprendizaje profundo. El sistema se diseña para ser utilizado en campos de cultivo de arándanos de las localidades costeras del territorio peruano y abarca la concepción de un robot aéreo que podrá navegar dentro del campo de cultivo y registrar los arándanos en los arbustos mediante captura de imágenes, las cuales posteriormente serán analizadas por un algoritmo de identificación para clasificarlas por su estado de madurez. Para cumplir el objetivo, inicialmente se identificaron los requerimientos del sistema y posteriormente se proponen tres conceptos de solución por medio de la identificación de funciones. Luego de ponderar los tres conceptos de solución y realizar un análisis técnicoeconómico se selecciona un robot aéreo (“Khallwa”) de material de fibra de carbono y polipropileno expandido que posee una envergadura de 0.8 metros, un largo de 0.53 metros y una masa de 0.55 kilogramos. Una autonomía de vuelo de 10 minutos a una velocidad máxima de 6.2 m/s. Finalmente, con el objetivo de la identificación del arándano por su estado de madurez realizado se utilizó un modelo de aprendizaje profundo basado en aprendizaje por transferencia, el cual obtuvo una precisión media (mAP) del 92%, lo que conlleva a agilizar el proceso de inspección y evitar errores producidos en el proceso manual.

En el presente trabajo de investigación se realizó el diseño de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz entre los 6 y 12 años. El diseño de la silla de ruedas teleoperada posee dos modalidades, conducción manual por medio de un módulo joystick y conducción remota por medio de un dispositivo móvil. Además, el paciente tiene la posibilidad de realizar sus necesidades higiénicas con mayor facilidad y comodidad desde la propia silla de ruedas por medio de un asiento extraíble, ubicando la silla sobre el inodoro. En este documento se presentan los antecedentes del Trabajo de Investigación de Manrique (Manrique, 2022) sobre el concepto de solución de la silla de ruedas teleoperada basada en la metodología “Design Methodology for Mechatronic Systems”, propuesta por la Profesora Karol Muñoz, el Ingeniero Víctor De Negri y el Magíster Vinícius Vígolo (De Negri, 2021). Bajo esta premisa, se desarrolló el subsistema mecánico de la silla con el modelamiento en 3D de los componentes mecánicos con su respectivo análisis dimensiona de esfuerzos y deformación para corroborar la admisibilidad mecánica de la estructura de la silla. Además, se realizó la selección de los componentes de actuación. Posteriormente, se desarrolló el subsistema eléctrico/electrónico y de control de la silla, donde se continuó con la selección de los componentes electrónicos (sensores, comunicación Wifi, controlador y fuente de energía) y sus respectivos diagramas esquemáticos. Luego, se diseñó el diagrama de flujo y lógica de funcionamiento de la silla, así como el diseño de la interfaz manual y remota de la silla a través de un prototipo de una aplicación móvil. Finalmente, se presenta el dispositivo general, planos mecánicos de ensamble y despiece, así como los planos de estimación de costos de fabricación.