Ingeniería Mecatrónica

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Rediseño mecatrónico para la plataforma robótica LaRebot

Moreno Hincapié, Gustavo Andrés | 2023

RESUMEN: Este trabajo de grado presenta el diseño y construcción de mejoras propuestas para tener una mejor aproximación robótica para la plataforma LAREBOT, la cual fue diseñada y construida en la Universidad EIA. El desarrollo busca brindar herramientas que permitan tener una mejor experiencia con la plataforma, así como también el presentar soluciones que puedan visualizarse a manera de ejemplo en laboratorios de la universidad. A lo largo del trabajo se presenta la identificación de mejoras y soluciones las cuales son guiadas por las propuestas de diseño plateadas en el libro Enginnering Desing de Dieter George E. y Schmidt Linda C, además de conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera en cuanto a temas de diseño de distintos indoles.

Sistema mecatrónico para localización de drones comerciales con técnica de modulación FHSS

Flórez Zuluaga, Jimmy Anderson | 2023

RESUMEN: El siguiente trabajo de grado contempla la realización de un sistema mecatrónico que se pueda integrar a un sistema de multilateración de señales desarrollado por la Fuerza Aérea Colombiana, la necesidad del sistema mecatrónico aparece porque las antenas omnidireccionales son poco asequibles y de menor alcance en comparación con las direccionales, entonces, mediante un motor paso a paso se hará el giro de antenas con menores costos comerciales y mayor alcance para asemejar la propiedad omnidireccional de las antenas primeramente mencionadas. El sistema mecatrónico tiene como función principal el orientar un par de antenas mediante la rotación de un motor paso a paso. El sistema de la Fuerza Aérea Colombiana se basa en un inhibidor que intercepta las bandas de frecuencia en las cuales se comunican los drones y así poder inhabilitarlos. La integración de ambos da lugar a un sistema mecatrónico para la localización y posterior inhibición de drones comerciales con técnicas de modulación FHSS. El sistema mecatrónico se realizará mediante las técnicas de diseño mecatrónico, el análisis de las técnicas de multilateración, la investigación del estado del arte de la tecnología, la información entregada por la Fuerza Aérea Colombiana, el cálculo y análisis mecánico y finalmente la redacción y conclusión de los resultados obtenidos. Al finalizar toda la investigación, se tiene como resultado el sistema mecatrónico en físico funcional integrado al sistema de multilateración, adicional, el estado del arte de las técnicas de multilateración y los resultados obtenidos gracias a la integración de ambos sistemas. La integración entre entidades y conocimientos dará lugar a soluciones ingenieriles.

Diseño de aerodeslizador orientado a mejorar la movilidad en humedales, pantanos y ciénagas colombianas

Wilches Peña, Luis Vicente | 2012

RESUMEN: En una gran variedad de partes del territorio colombiano, se pueden ver zonas en las cuales el agua ha invadido la tierra firme, formando humedales, ciénagas y pantanos; esos tipos de terrenos son de difícil acceso debido a las densas vegetaciones y suelos fangosos que restringen la movilidad por medios de transporte convencionales. Por lo anterior se planeó diseñar un aerodeslizador orientado a mejorar la movilidad en ciénagas, pantanos y humedales colombianos dadas a las grandes limitaciones de movilidad que existen en regiones, para ello se realizó un diseño metódico por etapas que comenzó con una extensa revisión bibliográfica acerca del tema y con la determinación de las especificaciones de diseño requeridas.

Diseño de una máquina moldeadora de alimentos procesados en forma esférica

Wilches Peña, Luis Vicente | 2014

Exoesqueleto para miembro superior con dos grados de libertad en articulaciones de hombro y codo

Wilches Peña, Luis Vicente | 2010

RESUMEN: El presente trabajo documenta el proceso de diseño conceptual y de detalle de un exoesqueleto de dos grados de libertad para uso potencial en rehabilitación pasiva de hombro y codo, en movimientos de flexión y extensión de codo y flexión de hombro. En la etapa de diseño conceptual se han obtenido los parámetros básicos de diseño y criterios de selección de concepto mediante una adecuada búsqueda bibliográfica, visitas a centros de rehabilitación y entrevistas con expertos en el tema. Una vez seleccionado el concepto de diseño se desarrolló el diseño de detalle, logrando así superar los objetivos planteados en un principio. Bajo criterios de antropometría, morfofisiología, ergonomía, biomecánica y con el soporte de herramientas CAD, análisis de elementos finitos (FEA) y modelado matemático del sistema se estableció los componentes y materiales de cada subsistema del dispositivo, así como planos de detalle para la construcción del dispositivo. Como producto final se obtuvo el diseño de detalle de un dispositivo capaz de mover cada articulación en un arco de 150 grados con un torque mayor a 19,6 Nm, un ajuste de longitud de 5cm entre centros de rotación, adaptable para ser usado sentado o parado y con prestaciones de rehabilitación pasiva para la prevención de la formación de fibrosis, contracturas, retracciones, edemas y limitaciones articulares por compromiso de tejidos blandos. A partir del ensamble de las piezas que conforman el dispositivo y los modelos 3D de un brazo humano y una silla de ruedas, fue posible la aproximación a un entorno real de trabajo así como la optimización de las distribuciones de algunos elementos.

Máquina multifuncional para lavandería industrial

Wilches Peña, Luis Vicente | 2010

Tostadora de café semiautomática con capacidad de producción de 2kg/h para el Municipio De Jardín, Antioquia

Rincón Gil, Edgar Virgilio | 2022

RESUMEN: Este trabajo consiste en el diseño, desarrollo y construcción de una tostadora de café, con el objetivo de ser implementada en el municipio de Jardín, Antioquia. En las primeras etapas se realiza la formulación del problema por medio de la cual se evidencia la situación actual de la región y como una máquina tostadora portable apoyaría a la economía de las fincas caficultoras del municipio en estudio. A lo largo del trabajo se utilizaron conceptos del texto Engineering Design de George Dieter y Linda C. Schmidt, para la etapa de diseño. Se abordaron conceptos de sistemas mecánicos para el diseño estructural y funcionamiento de los mecanismos, conceptos de control para la caracterización del sistema y diseño de controladores para obtener un funcionamiento semi autónomo. Inicialmente, en la etapa de diseño conceptual se realizó una serie de simulaciones en los softwares de Inventor para el diseño de mecanismos y Proteus y Tina-TI para el montaje de los circuitos electrónicos. Más adelante se realizó la adquisición de datos con ayuda de Matlab, se desarrolló el código del microcontrolador PIC en el software PIC C compiler; para el diseño y simulación del controlador establecido se usaron las herramientas de Matlab, dado que permitía realizar la comparación de la planta real versus el comportamiento teórico esperado según la función de trasferencia hallada. Finalmente, se logró implementar la planta en un ambiente controlado y obtener dos tipos de tueste, tostado medio y tostado medio alto.

Aplicativo para el entrenamiento en el uso de productos de apoyo

Méndez Mejía, Santiago | 2022

RESUMEN: Los productos de apoyo son una herramienta fabricada con el fin de facilitar la interacción entre las personas que los utilicen (en su mayoría personas con discapacidad) y su entorno, pues estos son productos, equipos, instrumentos, tecnología y software desarrollado para prever, equilibrar, inspeccionar, moderar o neutralizar deficiencias, limitaciones en la actividad y restricciones en la participación. Generalmente y como productos de uso constante necesitan de un entrenamiento para entender su funcionalidad y uso, pero el problema radica en que como en su mayoría se usa para personas con cualquier tipo de discapacidad y ellos encuentran barreras en la comunicación, estos entrenamientos suelen hacerse a sus familiares, lo cual sigue impidiendo que aumente la autonomía de estas personas y no cuenten totalmente con su derecho de inclusión. En este trabajo se busca realizar un aplicativo de escritorio, para el entrenamiento en el uso de productos de apoyo, enfocados en las actividades de la vida diaria, especialmente diseñado con el fin de que las personas con algún tipo de discapacidad puedan comprender la información sobre el producto de apoyo que le suscriba el personal capacitado según sea su caso, pues se realizará en lenguaje inclusivo, respondiendo a cada necesidad, según los diferentes tipos de discapacidad, esto con el fin de contribuir a la autonomía, al buen manejo de la información y a facilitar el trabajo de los profesionales encargados de esta área.

Sistema de rehabilitación para mano basado en robótica suave

Toro Ossaba, Alejandro | 2022

RESUMEN: Este trabajo presenta el desarrollo de un prototipo de órtesis de mano basado en robótica suave. Inicialmente se expone la necesidad actual y el público objetivo de este tipo de actuadores, se presenta el objetivo general junto a los objetivos específicos y se muestran algunos antecedentes. Posteriormente se tiene un marco teórico, que permite ver a profundidad algunos de los temas aplicados en el trabajo de grado. Luego de esto, se explica la metodología que se aplicará a lo largo del desarrollo, junto a sus entregables. Después se realiza el diseño metodológico, que empieza con una investigación preliminar que permite llegar a los requerimientos reales del actuador, seguido de un diseño y selección de concepto. Seguido de esto se tiene el diseño de detalle, en donde se muestran los planos para la realización y manufactura del dispositivo. Estos incluyen los planos para los circuitos eléctricos, el diseño de lazo de control y el código utilizado para su implementación en el microcontrolador, los modelos para la impresión y manufactura de los actuadores de silicona y la selección de materiales de fabricación. Después, se presenta la órtesis completa funcionando en un ambiente controlado. En esta etapa de resultados se muestran imágenes que muestran y evalúan los movimientos y posiciones obtenidos con sus gráficas del control. Por último, se concluye sobre la utilidad de estos sistemas para suplir algunas de las necesidades actuales, y su particular relevancia en los sistemas de rehabilitación gracias a su capacidad de trabajar junto a los humanos sin lastimarlos. También la obtención de un primer prototipo funcional con resultados satisfactorios, junto a su proceso de manufactura detallado que abre las puertas a que en el futuro se realice un desarrollo más profundo de este. Finalmente se discuten recomendaciones para mejorar este prototipo en un trabajo futuro.

Diseño de un banco de pruebas de esmerilado de rieles ferroviarios

Wilches Peña, Luis Vicente | 2022

RESUMEN: Durante las últimas décadas se han reportado frecuentes daños superficiales en rieles para ferrocarriles, debido a desgaste acelerado luego de ser procesados mediante esmerilado. Este proyecto está enfocado en el diseño de un dispositivo que instrumentaliza una sección de riel sometida a un proceso de esmerilado bajo condiciones de laboratorio. La información producida es adquirida y procesada, mediante el uso de convertidores análogos digitales (ADC). Las medidas tomadas pueden ser de utilidad para comprender la relación entre parámetros de esmerilado como la velocidad de corte y la de avance con las variaciones microestructurales registradas cerca del área de corte. Esta información también podría proveer nuevos puntos de vista acerca de la naturaleza del daño superficial reportado en rieles de ferrocarril procesados por reperfilado.

Actualización del equipo de posicionamiento satelital SPS para un helicóptero militar caso Sikorsky UH-60 de la Fuerza Aérea Colombiana

Flórez Zuluaga, Jimmy | 2022

RESUMEN: Con la implementación de nuevas tecnologías de instrumentación para la aviación, ha surgido la necesidad de adaptar herramientas como el dispositivo de posicionamiento satelital (SPS) que pretende transmitir parámetros de vuelo de las aeronaves a centros de mando y control para brindar las directrices que hacen posible el cumplimiento de la misión de la Fuerza Aérea Colombiana, manteniendo la agilidad y la precisión en las operaciones.  Los nuevos desarrollos han impulsado a la Fuerza Aérea Colombiana a optar por la integración o actualización de sistemas instrumentados en las aeronaves como los del helicóptero UH-60 de los que se obtienen parámetros como velocidad, rumbo y posición pero que aún hoy no cuentan con el registro de medidas como ángulos de inclinación o aceleraciones hacia los centros de procesamiento, mando y control que resultan representar los pilares de la preservación de los equipos, tripulaciones e incremento de la seguridad operacional de la aviación militar en Colombia.  El presente trabajo tiene como propósito identificar y actualizar los nuevos requerimientos de instrumentación y desarrollar estrategias a través de las cuales se logre el análisis de la calidad de vuelo de la aeronave UH-60 implementando sistemas electrónicos de recolección de datos en la herramienta de posicionamiento satelital (SPS) y potenciando sus capacidades mediante mejoras como el rediseño del espacio de conexión del módulo de alimentación del dispositivo permitiendo un cambio de las baterías sin necesidad de apagar el sistema.

Boya oceanográfica para el monitoreo de ecosistemas acuáticos

Giraldo Vásquez, Mario Alejandro | 2022

RESUMEN: Este trabajo presenta dos diseños de boya oceanográfica, que para la validación de estos se realizaron diferentes simulaciones en softwares de modelado 3D y análisis de esfuerzos. Además, se realizaron prototipos funcionales buscando un bajo costo de fabricación, y para ello de uso un material compuesto de una matriz polimérica, siendo ABS la base y usando resina epoxica como matriz para mejorar sus propiedades mecánicas y fisicoquímicas. Con los prototipos se realizaron pruebas reales en entornos controlados como lo son un lago, y hasta en el entorno real de estudio que es el mar de la costa colombiana, especialmente el mar de la ciudad de Santa Marta.

Comparación de estrategias de control MPPT en sistemas PV bajo condiciones de sombreado parcial

Manrique Espíndola, Tatiana | 2022

RESUMEN: Uno de los grandes problemas actuales de la humanidad es el energético, y es que mientras que existe una demanda creciente por este recurso, las fuentes tradicionales como los combustibles fósiles se están agotando, por lo que hallar otras fuentes de energía es algo primordial. La energía solar es una alternativa casi infinita, que puede aprovecharse mediante módulos fotovoltaicos (PV, por sus siglas en inglés). Si bien la luz solar es gratis, los paneles solares son relativamente costosos, por tanto, es menester extraer la máxima energía de estos. Existen diferentes técnicas para alcanzar el punto de máxima potencia (MPPT, por sus siglas en inglés). Sin embargo, no siempre se mantiene estático ya que cambia a causa de las condiciones de sombreado parcial (PSC, por sus siglas en inglés) sobre los módulos. El presente trabajo de grado presenta la comparación de distintas estrategias de control MPPT sobre un sistema PV de 40 W bajo PSC, implementando un diseño propio de un convertidor tipo Buck y analizando las curvas de potencia contra voltaje (PV) y corriente contra voltaje (IV) del sistema, proporcionando aportes como la caracterización experimental de un arreglo en el banco de pruebas, el diseño de un convertidor Buck especifico y las pautas para desarrollarlo en otros arreglos, la evaluación en simulación de estrategias de control MPPT; y la propuesta de un protocolo de pruebas para la implementación experimental de las estrategias de control MPPT.

Sistema robótico de entrega automatizada de alimentos con selección y ejecución inteligente de trayectorias

Cock Ramírez, Jorge Andrés | 2022

RESUMEN: La demanda de fuerza de trabajo de los establecimientos de comida en periodos de alto flujo es una necesidad presente en muchos sitios a lo largo del mundo. Por ello, se hace necesario buscar alternativas para maximizar el cubrimiento de tareas, principalmente de la entrega y recolección de alimentos. Entonces, se propone el diseño e implementación de un sistema robótico de entrega automatizada de alimentos con selección y ejecución inteligente de trayectorias. Se evalúan las herramientas de búsqueda de trayectorias y el algoritmo seleccionado es A*, el cual es modificado con el fin de siempre generar la ruta óptima. Para los operarios y usuarios, se crea un sitio web basado en Flask y se elabora una aplicación de escritorio con Tkinter. Por otro lado, la máquina de estados del robot se codifica en un ESP32 que genera un servidor local. Entonces, se implementa un controlador deadbeat y un controlador PI para la regulación de velocidad de los motores, sin embargo, solo el controlador PI presenta resultados satisfactorios. Asimismo, el dispositivo utiliza un algoritmo de seguimiento de línea exitoso mediante un controlador PI. Finalmente, el sistema robótico presenta un 75% de recorrido de rutas exitosas junto a un 91% de cambio de nodo exitoso para una superficie irregular y un 100% en ambos indicadores para una superficie regular.

Implementación de estrategias de gestión energética en trenes de potencia de vehículos híbridos eléctricos.

Manrique Espíndola, Tatiana | 2022

RESUMEN: El desarrollo de tecnologías de movilidad híbrida es importante para la solución de la problemática de contaminación atmosférica que se tiene actualmente. En este trabajo de grado se realiza la adecuación de un banco de pruebas de vehículos híbridos en la que se encuentran la potencialización de la seguridad del banco y el diseño de piezas mecánicas y de circuitos de acondicionamiento de señales. Después de la implementación de las adecuaciones se realiza un análisis de las características del tren de potencia y se selecciona una estrategia de gestión energética adecuada para el banco. Finalmente se identifican los modelos del tren de potencia y se diseñan e implementan los controladores de los actuadores necesarios para poder implementar la estrategia de gestión energética. Como resultado se obtiene el diseño de los controladores de bajo nivel necesarios para implementar la estrategia de gestión energética seleccionada, la validación experimental del controlador de velocidad y una simulación del sistema híbrido con los controladores de velocidad y torque.

Integración de un sistema de protección electrónica y una interfaz humano-máquina (HMI) para la evaluación de estrategias de control y visualización de variables de la planta de PH de la Universidad EIA

Manrique Espindola, Tatiana | 2022

RESUMEN: Se describe y hacen los cambios necesarios a la instrumentación de la planta de pH de la Universidad EIA, además de realizar circuitos para la protección de ciertos elementos principales de la planta. Se desarrolla la identificación de la dinámica de la planta con métodos de dos puntos y comparando su rendimiento entre ellos. Y como estrategia de control se usará gainscheduling ya que explota métodos de diseño de control lineal, por lo que se utilizaran rangos de operación donde se puede garantizar que en cada punto de funcionamiento, el sistema de retroalimentación tiene las propiedades de estabilidad y rendimiento deseadas. Para cada rango de operación se sintonizará un controlador PI por el método de Cohen y Coon, también comprobando su eficiencia para los rango de incontrolabilidad recomendados.

Evaluación y caracterización de discontinuidades empleando Ensayos No Destructivos (END) en soldaduras realizadas por FSW

Hoyos Pulgarín, Elizabeth | 2022

RESUMEN: Recientemente en el marco regional se ha venido introduciendo el proceso de soldadura Friction Stir Welding (FSW), este proceso se plantea como una alternativa para resolver las problemáticas asociadas tanto al cambio de estado como las discontinuidades que presenta la junta soldada en procesos de soldadura por arco, debido a su reciente implementación y el potencial crecimiento en industrias locales, se requiere definir estrategias para la detección de discontinuidades en las juntas soldadas para FSW. En este trabajo se plantea una metodología basada en los principios en un Ensayo No Destructivo (END) para detectar los defectos en soldaduras FSW, que garantice soldaduras de buena calidad en la industria local, impulsando así la implementación de esta técnica con numerosas ventajas. Para establecer dicha metodología primero se hace una revisión en la literatura de los END para FSW, en esta se determinan las ventajas, desventajas y algunos reportes aplicativos, para la elección se toma en cuenta la disponibilidad del ensayo a nivel local y capacidad de este de determinar una gran variedad de discontinuidades internas, posteriormente se tiene un acercamiento preliminar con radiografía y ultrasonido convencional para determinar si son opciones factibles de implementación y al descartarlos por no brindar los resultados deseados se realizan radiografías digitales y ultrasonido Phased Array por medio de proveedores nacionales y, a partir de los datos suministrados se analizan y procesan para estimar un área y/o volumen de las anomalías halladas. Con este trabajo se establece una metodología para la evaluación y caracterización de discontinuidades empleando Ensayos No Destructivos (END) en soldaduras realizadas por FSW.

Construcción de un simulador de conducción de camión para prácticas en entorno simulado. Caso: usuarios de la Empresa Practicar

Muñoz Montoya, Santiago | 2022

RESUMEN: El presente trabajo se desarrolló con el objetivo de brindar a los estudiantes del CEA practicar, ubicado en la ciudad de Medellín Colombia, un acercamiento a las evaluaciones prácticas de conducción de camión. Se busca un entorno en donde no se ponga en riesgo la integridad física de la persona evaluada, ni de los demás conductores de la ciudad; pero que aun así permita a la persona recrear las maniobras necesarias para conducir este tipo de vehículos, así como recibir los estímulos de la actividad. Para conseguir lo expresado anteriormente, se trabajó con base en la metodología propuesta por Dieter y Schmidt, en la que se parte de un diseño conceptual que expresa ideas, pasando por una etapa básica en la que se estructuran los conceptos hasta llegar al diseño detallado en el que se tiene especificado el producto, para proceder a la fabricación.

Plataforma de hardware tipo enjambre robótico de baja escala para evaluación de estrategias de control y comunicación. Modalidad: exploratorio

Rozo Osorio, David | 2022

RESUMEN: La robótica de enjambre es un área de la robótica que busca simular el comportamiento de los insectos sociales (abejas, hormigas, entre otros) haciendo que los robots colaboren colectivamente para resolver una tarea. Dentro de la industria hay variadas aplicaciones como en la agricultura donde se usan para el monitoreo de la salud de las plantas hasta el cosechamiento de las mismas o incluso, en la industria espacial donde se ha planteado por parte de la NASA, el uso de enjambres de robots para la construcción de espacios habitables (casas) en planetas como Marte o satélites como la Luna. Sin embargo, a pesar de haber avances en la industria, la investigación y desarrollo de enjambre robóticos solo se queda en el mundo académico de las Universidades o laboratorios de robótica de países desarrollados como Estados Unidos, China o países que pertenecen a la Unión Europea. En cuanto a países como Colombia, el desarrollo de la robótica de enjambre, incluso en el ámbito académico, es prácticamente imperceptible y por lo tanto, no hay posibilidades de aplicar esta área de la robótica a industrias como la agricultura o la construcción. El presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo de una plataforma de hardware tipo enjambre robótico de baja escala para la evaluación de estrategias de control y comunicación mediante algoritmos de optimización. Para lograrlo se hará una investigación exhaustiva con respecto a estrategias de comunicación y control en enjambres robóticos, se seleccionarán los componentes adecuados para el desarrollo de al menos tres robots que compondrán el enjambre robótico, se desarrollará un algoritmo de control y comunicación y una interfaz de usuario para el control del enjambre y, por último, se evaluará el rendimiento del enjambre mediante pruebas al algoritmo de control y comunicación.

Desarrollo de un sistema de control control basado en visión de máquina para la plataforma robótica SCARA de la Universidad EIA

Moreno Hincapié, Gustavo Andrés | 2022

RESUMEN: La Universidad EIA desarrolló un robot del tipo SCARA, el cual, pese a su gran aporte en diseño y construcción, y a sus atributos básicos, tiene una deficiencia funcional en su forma de manejo, ya que no recibe ningún tipo de realimentación de su posición con respecto a los objetos en su entorno. De esta forma, quien utilice el robot debe estar siempre atento a los comandos que debe introducir para evitar sobre-impulsos, inestabilidades o colisiones con otros objetos. Además, como el manejo del robot es manual-visual, tienden a ocurrir imprecisiones que, como consecuencia, ralentizan el proceso. El objetivo de este proyecto es implementar un sistema basado en reconocimiento de objetos por visión artificial, que permita expandir las funcionalidades del robot sin necesidad de conocer a detalle el funcionamiento del sistema, para poder manejarlo sin realizar algún daño al sistema o al entorno. Esta mejora se permitirá realizar procesos más complejos, que a su vez abren la posibilidad de incursionar a nuevos procesos de investigación.