En los últimos años, las exportaciones de granos andinos se han incrementado, siendo la quinua el de mayor crecimiento [1]. Además, Perú es el primer exportador de quinua a nivel mundial desde el año 2014 (53.3% del volumen total) [2]. Ante tal demanda, el objetivo general del presente trabajo consiste en el diseño de una tostadora para 10 kg de granos de quinua por ciclo, mediante aire caliente. La ventaja radica en que los granos no están en contacto continuo con la superficie interna de la máquina y solo se necesita aire ambiental como fluido para alcanzar la temperatura de tostado. El aire caliente ingresa a la cámara de tostado y ocurre una fluidización continua de los granos debido a la corriente del fluido que mantiene a los granos suspendidos, este proceso se conoce como lecho fluidizado. Finalmente, luego del tueste, los granos son enfriados por un determinado tiempo. La metodología del diseño se basará en la norma VDI 2206 [3] de la Asociación de Ingenieros Alemanes (Verein Deutscher Ingenieure) para sistemas de diseño mecatrónico, complementándose con la norma VDI 2221 [4] para el diseño de sistemas técnicos y productos.

El incremento en la demanda nacional y regional en el rubro de insumos médicos es una constante de los últimos años. Esto se ha traducido en la necesidad de las empresas de buscar mejoras para incrementar la producción de productos médicos periódicamente y el caso peruano no es la excepción. Una alternativa, y tal vez la mejor, es la transformación digital de la mano de soluciones automatizadas para la industria. En ese sentido, el presente trabajo busca desarrollar una solución de automatización capaz de satisfacer las necesidades de una empresa peruana dedicada a la producción de insumos médicos y especialmente, suturas quirúrgicas. En el primer capítulo se aborda esta problemática planteada así como los objetivos y la metodología para proponer una solución. En el segundo capítulo se detalla una revisión del estado de arte para identificar alternativas académicas, comerciales y patentes existentes para la propuesta solución; además de un marco teórico relacionado a la industria de suturas quirúrgicas. Además, se identifican los requisitos de usuario y de proyecto para limitar esta investigación. En el tercer capítulo, se identifican las funciones del sistema y alternativas de solución utilizando las herramientas de acuerdo la metodología, las cuales son posteriormente evaluadas las para definir el diseño conceptual. Finalmente, en el cuarto y quinto capítulo, se explica el diseño integrado de la solución conceptual mediante planos mecánicos, electrónicos, eléctricos y de control, abarcando así los dominios del sistema mecatrónico descrito mediante la metodología seleccionada, presentado así a la solución integrada para la problemática planteada.

La población que padece del Trastorno del Espectro Autista (TEA) aumenta cada año; por esta razón, el uso de tecnologías actuales como herramientas de software móviles podría ayudar en el tratamiento de estas personas. El presente trabajo está dirigido a minimizar el retraimiento y max1m1zar las funciones socializadoras para los niños entre 04 y 07 años que hayan sido diagnosticados con un Autismo leve o Asperger. A través de un robot, el cual imitará una serie de conductas humanas que les permitirá a los niños relacionar los comportamientos asertivos con las consecuencias positivas que ello conlleva. [l] Los elementos que componen el sistema mecatrónico son una tablet ( que sirve de interfaz) y un robot modelo. La interfaz permitirá la selección de 6 emociones que serán reproducidas por el robot. En el diseño del robot se consideraron estudios sobre los intereses en los juguetes de los niños autistas de estas edades. Por otro lado, en la elección de las emociones se contempló investigaciones sobre las cuatro emociones básicas. El diseño mecánico, electrónico y de control, expuestos en este documento en páginas posteriores, permitieron alcanzar los objetivos trazados. Ambicionando su implementación para ser puesto a prueba.

Esta tesis presenta una propuesta para el desarrollo de un prototipo capaz de manipular y seleccionar huevos para incubar por su peso y ausencia de grietas en cáscara. Asimismo, el prototipo necesita de la supervisión de un usuario con la finalidad que interactúe con la máquina y coloque la bandeja de huevos a ser evaluada. El diseño de este sistema mecatrónico es requerido por las plantas de incubación, las cuales necesitan asegurar una incubación exitosa a partir de una correcta selección de huevos. En este documento, se detalla el problema existente en la manipulación y selección de huevos que entran a las plantas de incubación y el inconveniente al realizar este proceso de forma manual y repetitiva. Además, se analizan los principales mecanismos existentes en la manipulación y pesado de huevos, así como los criterios a cumplir en cuanto a higiene y seguridad en la manipulación de huevos [13]. Igualmente, se realiza un comparativo entre las investigaciones recopiladas respecto a detección de grietas en cáscaras de huevos. Para el diseño del sistema mecatrónico, se han tenido en cuenta las medidas de los equipos existentes en el mercado que seleccionan huevos para el consumo humano de acuerdo a su peso [12]; así como el empleo de materiales no contaminantes en los mecanismos que se encuentran en contacto con los huevos. Además, se consideró un sistema modular para el diseño dividiendo el sistema en 3 sub-sistemas: manipulador de huevos, pesaje e identificador de grietas. En primer lugar, el sub-sistema manipulador de huevos es neumático y utilizando ventosas y la generación de vacío garantiza la limpieza en la operación. En segundo lugar, el sub-sistema de pesaje emplea una base de material no contaminante y sensores de fuerza para obtener el peso de cada huevo. Finalmente, la identificación de grietas se realiza con procesamiento de imágenes y un mecanismo que permite la captura de imágenes alrededor de toda la cáscara de cada huevo a analizar. Este trabajo detalla la estructuración e integración de los sub-sistemas involucrados entre sus partes mecánica, electrónica y control; además, como se llevó a cabo la selección de los componentes empleados. Todos necesarios para lograr el diseño de un sistema mecatrónico que tenga un tiempo de selección de menos de 2 minutos por bandeja (60 huevos) y alivie el ritmo de trabajo de las personas dedicadas a inspeccionar los huevo.

La mayoría de empresas nacionales ligadas al sector industrial y, por consiguiente, en todos los temas relacionados al mismo, elaboran diversos productos a raíz del requerimiento de sus clientes. Las empresas manufactureras, realizan amplios controles exhaustivos en la calidad de sus productos finales a través operaciones manuales o, por el contrario, a través de máquinas automatizadas. Sin embargo, existe un número de organizaciones las cuales no siempre cuentan con la capacidad de realizar grandes inversiones para la adquisición de modernas tecnologías, con el fin de optimizar sus procesos. Tal es el caso del proceso de embalaje de productos, mediante el uso de un tipo de plástico conocido como “Stretch-film”, a partir del cual se garantiza un adecuado proceso de despacho y comercialización de productos. Estos a su vez, están destinados a ser distribuidos en el mercado local o también a la exportación. Por esta razón, los procesos de empacado tienen una alta importancia en las industrias, pues de ello dependerá la satisfacción de sus clientes. Muchas veces, este proceso de embalaje se realiza de forma manual, debido a que las máquinas automáticas capaces de realizar este proceso presentan un alto costo. Sin embargo, al realizarse de este modo, se generan diversos inconvenientes, entre ellos: mayor uso del material de embalaje, mayor tiempo en la realización del proceso, la sustancial reducción de la tasa de empacado y diversos problemas de salud en los operarios debido a los movimientos inadecuados que realizan. Al tener implementado estos sistemas automáticos en las industrias, permitirá mitigar los problemas mencionados, además de garantizar una mayor calidad del proceso. En ese sentido, se presenta el diseño de un sistema que automatice el proceso de embalaje de pallets de productos; es decir, se desarrolla un equipo que sea capaz de detectar la altura del pallet que se desea embalar, se adecúe correctamente a la estructura del pallet y realice el trabajo, de modo que, las ventajas de la utilización de este tipo de máquinas sean aprovechadas. Uno de los objetivos, es reducir los costos por concepto de mano de obra externa, el cual varía según las tarifas establecidas por cada proveedor y oscila aproximadamente en el rango entre S/. 50 y S/. 100 por la jornada de cada persona encargada de realizar la tarea de embalaje. Además, este equipo disminuiría el tiempo de embalaje por pallet, cuyo valor deseable es de 2 minutos y, por otro lado, aumentaría el número de pallets embalados por hora, cuyo valor deseable es de 30 pallets/hora. Por lo tanto, existirán distintas mejoras en el proceso, ya que las velocidades de producción que presenten los distintos procesos industriales serán mayores y, por otro lado, es posible reducir los costos y tiempos de fabricación por estación de trabajo. El presente trabajo está distribuido en 5 capítulos e incluye la introducción presentada a lo largo del Capítulo I. En el Capítulo II, se abarcarán los antecedentes y requerimientos de este tipo de sistemas. En la primera sección, se presentan los antecedentes en base a la problemática analizada junto con la revisión de investigaciones académicas, prototipos y materias primas del estado del arte. Luego de ello se presentan una lista de requerimientos con la que debe contar el sistema. En el Capítulo III, será desarrollado el diseño conceptual, el cual será planteado en base a los requerimientos del sistema. En principio, se presentará el esquema de la estructura de funciones con el detalle de los bloques componentes del sistema y, además, se presentará la matriz morfológica, con la finalidad de obtener el concepto óptimo de solución para el sistema, mediante una evaluación técnico-económica. El Capítulo IV detallará el desarrollo del sistema mecatrónico. Se realizará el diseño mecánico donde se incluirán detalles relevantes del cálculo y selección de piezas, vistas de los planos y los correspondientes resultados de las simulaciones. Luego de ello se presentarán los diagramas electrónicos, y también los diagramas de flujo de la lógica seguida por el sistema. Finalmente, se seleccionarán los componentes correspondientes a todos los dominios, orientado a la futura fabricación y montaje del sistema. En el Capítulo V, se detallará el análisis del costo total del sistema, que en total ha sido estimado en aproximadamente $ 50,000.00 y finalmente, se presentarán algunas conclusiones y recomendaciones acerca de trabajos futuros que se pueden implementar, luego de haber desarrollado este trabajo.

Las empresas de catering de alimentos brindan sus servicios a diversos tipos de clientes, ya sean de transporte aéreo, marítimo y/o ferroviario, empresas industriales, mineras, hospitales e instituciones educativas [1]. Considerando la cantidad de clientes que poseen, este tipo de empresas preparan y comercializan aproximadamente entre 500 y 65,000 platos por eventos y/o pedidos en un día [1][2][3]. Esto incluye necesariamente el uso de 500 a 65,000 unidades de cuchillos, cucharas, cucharitas y tenedores, los cuales deben estar lavados, secados y clasificados según su tipo. En cuanto al proceso de clasificado, una persona se demora, haciendo uso de su velocidad máxima, aproximadamente 2 minutos por cada 100 cubiertos (anexo 2). Es decir, a las grandes empresas de catering les toma 21.5 horas-hombre por día realizar esta actividad (65,000 cubiertos). Además, este tipo de trabajo involucra un movimiento repetitivo de los brazos de trabajador, quien podría padecer enfermedades disergonómicas, tal como se indica en la Norma Básica de Ergonomía y de Procedimiento de Evaluación de Riesgo Disergonómico (anexo 1) establecido por El Ministerio de Trabajo y Promoción del Empleo [4]. Ante lo expuesto es necesario plantear una alternativa de mejora de este proceso. En la presente tesis se propone el diseño de una máquina clasificadora automática de cubiertos, de tal forma que se brinde la facilidad de realizar el proceso de clasificación, eliminando posibles problemas de salud de los trabajadores. Este sistema se encarga de clasificar los cuatro principales tipos de cubiertos (cuchillo, cuchara, cucharita y tenedor) dentro de las dimensiones de 12cm a 21 cm de largo, 1,5cm a 4,5 cm de ancho y alto 0.1 a 3cm (anexo 3). Estos son depositados con una misma orientación en recipientes individuales para cada artículo. Su diseño consta de cuatro niveles dispuestos de manera vertical. El Nivel 1 sirve como depósito de cubiertos sin clasificar y dosificador mediante el movimiento vaivén de una banda transportadora. En el Nivel 2 se da lugar a la identificación del tipo y orientación del cubierto mediante el procesamiento de imágenes adquiridas por una cámara digital. Continuando con el proceso, en el Nivel 3 se realiza, en caso sea necesario, el cambio de orientación del cubierto por medio de unas paletas; y la posterior clasificación de los artículos. Finalmente, en el Nivel 4 se recepciona a cada cubierto en el recipiente correspondiente a su tipo. Esta máquina posee una velocidad de clasificación ligeramente superior a la velocidad máxima de una persona (anexo 6). Cabe mencionar que, a diferencia de la persona, la máquina mantendrá una velocidad constante durante todo el proceso. Además, se mejora la calidad de higiene de los cubiertos pues el proceso evita el contacto humano. Por otro lado, el consumo eléctrico de este sistema es 40W (anexo 10). Considerando que el precio de 1,000W es de US$ 7.4 centavos para el consumo industrial [6], el costo de funcionamiento eléctrico del sistema por hora (US$ 0.296) es muy inferior al costo de una hora-hombre (US$ 1.39) [7]. Por estos beneficios, el uso de esa máquina resulta rentable.

Ante el auge de los negocios culinarios que se viene dando en el país se presentan nuevas oportunidades de negocio también en el sector industrial. En la búsqueda de obtener las mayores utilidades posibles, automatizar las labores repetitivas llevadas a cabo en restaurantes, comedores, empresas de catering, etc. se presenta como una alternativa viable, ya que permite un gran ahorro en tiempo y dinero y un incremento en la productividad. En este escenario se identificó el proceso de secado de cubiertos posterior al lavado de los mismos como una actividad que demanda tiempo y personal y por ello se plantea su automatización mediante un sistema mecatrónico. El sistema utiliza vibraciones y soplado de aire a baja presión para transportar y secar los cubiertos. Para llevar a cabo estos procesos hace uso de actuadores y sensores. Los actuadores son de dos tipos: moto-vibradores eléctricos para generar las vibraciones y motores universales que accionarán las aspas de ventiladores centrífugos para desplazar el aire hasta la zona de secado. Se cuenta también con un sensor fotoeléctrico de presencia para detectar el paso de los cubiertos al final del proceso y dos sensores de final de carrera. El control se realiza mediante el microcontrolador ATmega8. La máquina está diseñada de acero inoxidable para garantizar la salubridad. Este documento desarrolla en cinco capítulos una descripción del sistema mecatrónico diseñado. Primero se presentará la problemática que motivó al diseño del sistema; luego se detallarán los requerimientos del mismo y se presentará el concepto de solución. El tercer capítulo abarca una descripción detallada del sistema haciendo uso de diagramas y planos. Como cuarto capítulo se presenta un presupuesto inicial para poder realizar un análisis de viabilidad de la implementación del sistema. Finalmente se presentarán las conclusiones obtenidas luego del diseño del sistema mecatrónico. Adicionalmente, se incluyen como anexos planos detallados del sistema, memorias de cálculo y documentación sobre los componentes electrónicos, sensores y actuadores escogidos.

El sector gastronómico del Perú se ha incrementado significativamente en los últimos años. Por lo tanto, la demanda de tener un mejor servicio dentro de los restaurantes ha tenido que ser mejorada. Dentro de un buen servicio al cliente, los restaurantes deben tener un sistema adecuado de limpieza de utensilios. El sistema tradicional de limpieza de cubiertos es deficiente porque genera grandes pérdidas de tiempo y recursos humanos (uno o dos trabajadores). Además, no se logra un lavado óptimo de los cubiertos y existe una falta de disponibilidad de ellos en horas de alta demanda. Este proyecto tiene como objetivo plantear un sistema de limpieza de cubiertos adecuado para evitar pérdidas de tiempo. Para mejorar esta deficiencia, se plantea un sistema mecatrónico el cual tiene la capacidad de lavar 200 cubiertos en 13 minutos automáticamente. Al ser un sistema automático, no es necesario que una persona esté controlando el proceso, por lo cual se potencializa el uso del recurso humano dentro del restaurante. En horas de alta demanda de utensilios, con este sistema mecatrónico, se logrará satisfacer la cantidad de cubiertos solicitados. Además, estos estarán adecuadamente limpios cumpliendo con los requerimientos de un buen servicio. Para lograr un óptimo proceso de lavado de los cubiertos, este sistema mecatrónico cuenta con cuatro subsistemas. El primer subsistema consiste en una resistencia eléctrica, un termostato y un actuador lineal para el remojo de los cubiertos. La resistencia eléctrica y el termostato se usan para calentar el agua a 80 grados centígrados, ya que el agua caliente ayuda a desinfectar y acelerar el lavado de los cubiertos. El actuador lineal permitirá el traslado de los cubiertos al siguiente subsistema. El segundo subsistema consiste en ocho boquillas de pulverización y dos motores de vibración para el lavado y enjuague de los cubiertos. Las boquillas de pulverización son utilizadas para lograr una mejor difusión del agua. Los motores de vibración se utilizan para crear un movimiento vibratorio el cual logra que los cubiertos se muevan permitiendo el ingreso de agua entre ellos. El tercer subsistema está relacionado con la interacción entre el usuario y la máquina mediante botones de control, luces y sonidos de alerta. Por último, el cuarto subsistema está relacionado con el control general de la máquina. Este subsistema cuenta con un microcontrador encargado de dirigir los otros subsistemas. El trabajo se presenta en cinco capítulos. El primer capítulo plantea la problemática que afronta el sistema mecatrónico. El segundo capítulo plantea 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.

En estos últimos años, las carreras de innovación y desarrollo de nuevas tecnologías han presentado un gran crecimiento debido al aporte generado al PBI por parte del sector manufacturero en el Perú [1], por tal motivo, los profesionales que van ejerciendo su carrera en el mercado deben estar preparados tanto conceptualmente como en temas prácticos de ingeniería. Las universidades del Perú cuentan actualmente con módulos educaciones, en los cuales, el alumno tiene conocimiento práctico de los temas aprendidos, pero estos no son completos. Es por eso que existe un déficit en el sistema educativo peruano [2], en el cual no cuentan con un sistema completo, tanto mecánico, electrónico y de programación, mediante el cual se puedan desenvolver profesionalmente y así solucionar los problemas comunes que pueden incurrir en las empresas peruanas. Por tal motivo un sistema mecatrónico completo es presentado como plataforma educativa, para el desarrollo de habilidades mecánicas, electrónicas y de programación en los alumnos de pregrado de ingeniería mecatrónica. Dicha plataforma se basa en una de las competencias más importantes y de exigencia a nivel internacional, como RoboCup, específicamente en la categoría RoboSoccer middle size. Dicha plataforma cuenta una amplia variedad de sistemas mecánicos, como las ruedas omnidireccionales, actuadores solenoides, sistemas de suspensión y análisis de estructuras, ya que, el sistema completo debe ser lo suficientemente robusto y de un material resistente para poder soportar los diferentes impactos a los cuales será sometido en el campo de trabajo. Por el lado electrónico, el sistema cuenta con un control de motores, tanto para velocidad y posición; control de corriente del actuador, visión por computadora, etc. En la competencia mundial de RoboSoccer, se tiene un equipo de robots los cuales tiene que trabajar de forma cooperativa, por lo cual, la implementación de un sistema de control y programación es necesaria para el correcto funcionamiento del robot. Por lo mencionado anteriormente, la plataforma que se presenta tiene un amplio campo de aplicaciones, ya que, la solución al reto presentado en la competencia puede variar, ya sea para aplicar una mejora o resolver el problema desde otro punto de vista. Por lo tanto, estamos ante una plataforma educativa en la cual los alumnos de pregrado de la especialidad de ingeniería mecatrónica pueden desarrollar sus habilidades técnicas en un sistema de alto nivel competitivo a en un ámbito internacional, lo cual, generaría una mejora en la aplicación de los conceptos aprendidos en clase.

En los últimos años se han ido diseñando robots anfitriones y robots guías capaces de brindar todo tipo de información, dependiendo del ambiente de trabajo de este. Sin embargo, ninguno de los robots desarrollados en otros países (Anexo 4, 5 y 6) posee las funcionalidades del robot anfitrión planteado en el presente trabajo de tesis. Adicionalmente, al desarrollar este prototipo en la Pontificia Universidad Católica del Perú se busca contribuir a mejorar los siguientes aspectos: un mayor incentivo para desarrollar proyectos de investigación tecnológica y colaborar a reducir el atraso tecnológico del país. En el presente trabajo se muestra el desarrollo de un robot anfitrión cuya principal función es la de brindar información y, además, servirá de guía para los visitantes que acudan al 3er Piso del CETAM (Centro de Tecnologías Avanzadas de Manufactura). Con este robot anfitrión, las personas podrán interactuar y hacer preguntas relacionadas a las actividades que se realizan en este ambiente. Asimismo, el robot anfitrión tendrá la capacidad de reconocer el rostro de las personas, ya sea un alumno o un profesor de la especialidad, y reconocer e interpretar las frases dichas por los visitantes. Cada uno de los subsistemas que se encargan de realizar el movimiento del prototipo, la interacción humano - robot y el sistema de reconocimiento de rostros son claramente detallados a lo largo del trabajo.