Maestría en Ingeniería Mecánica
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Browsing Maestría en Ingeniería Mecánica by browse.metadata.advisor "Borrás Pinilla, Carlos"
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Item Análisis dinámico y control de un brazo robótico de tres grados de libertad usado para fines de rehabilitación en medicina(Universidad Industrial de Santander, 2022-03-30) Grandas Franco, Jean Carlo; Borrás Pinilla, Carlos; Duarte Gualdrón, César Antonio; Carreño Zagarra, Jose JorgeEl uso de brazos robóticos para la rehabilitación pasiva de pacientes que han sufrido una apoplejía ha ido ganando relevancia, teniendo en cuenta que puede ayudar al personal médico a realizar sus tareas adecuadamente. Sin embargo, cuando se trata de controlar este tipo de dispositivos, normalmente hay que lidiar con las no linealidades resultantes del modelo matemático de los brazos robóticos, como es el caso de un brazo articulado de tres grados de libertad (3DoF). Además, al tratar a pacientes reales, hay que tener en cuenta las incertidumbres y limitaciones eventuales, así como la reducción adecuada de las señales de error. Para el caso de estudio, se implementaron dos estrategias de control: PID y Control de Modo Deslizante. Para ambos casos, se implementó la planta no lineal como sistema a controlar, aunque para el PID no es obligatorio un modelo matemático. Para el SMC, en cambio, este no es el caso, pero proporciona una señal de control robusta que es capaz de operar incluso en presencia de ruido blanco, ya que se añadió un filtro de Kalman extendido. El modelo matemático del brazo robótico 3DOF se derivó de la formulación de Euler-Lagrange, que se basa en ecuaciones de energía. Para ambas estrategias de control, el sistema se implementó en Simulink. Aunque ambas muestran un alto rendimiento en términos de tiempo de establecimiento, el SMC ofrece los mejores resultados en términos de costes de energía, que pueden ser fácilmente establecidos con una combinación de la estrategia de control LQG. Dado que la compensación de peso se consideró para el diseño de la planta "brazo robótico", el control podría aplicarse para un prototipo de robot real y es escalable en términos de parámetros físicos y de las fuerzas de compensación requeridas.Item Control lineal con mapeo de retardos de un sistema dinámico inestable y subactuado(Universidad Industrial de Santander, 2022) Esteban Villegas, Helio Sneyder; Borrás Pinilla, Carlos; Olgac, Nejat; Sierra Bueno, Daniel; Correa Cely, Carlos Rodrigo; Villamizar Mejía, RodolfoEste documento busca utilizar el método “Delay Scheduling” para aumentar la robustez de los controladores clásicos para manejar un valor de retardo significativo en el prototipo Pendubot, resolviendo el problema del control robusto, que consiste en que las técnicas de control avanzadas requieren una alta capacidad de cómputo y reducen ¨setting times¨. El primer paso fue el modelado matemático del Pendubot considerando el amortiguamiento en los enlaces. Usando las ecuaciones no lineales, un proceso de ajuste de caja gris obtuvo un mejor ajuste promedio del 89%. El paso de diseño de control lineal sintoniza un controlador PID, LQR y H∞ para la posición de equilibrio inestable del Pendubot. Estos controladores han sido seleccionados porque no incluyen un estimador de estado. Esta característica fue crucial porque la Programación de retrasos y el Predictor-Observador eran técnicas de compensación de retrasos. Para encontrar el valor de retardo crítico de retardo para cada controlador base, el CTCR (tratamiento de grupo raíz característico)Item Control tolerante a fallos en una suspensión semiactiva(Universidad Industrial de Santander, 2023-11-15) Rueda Villanoba, Sergio Alberto; Borrás Pinilla, Carlos; Ardila Gómez, Sergio Andrés; Hazbón Álvarez, OmarEl objetivo del trabajo de investigación descrito en este documento fue modelar y simular un control de tolerancia a fallas, basado redes neuronales, para compensar fugas de fluido en los cilindros en un sistema de suspensión magnetoreológica. Este sistema se basó en el modelo dinámico de medio automóvil, que se compone de la carrocería del vehículo (masa suspendida) conectada por el sistema de suspensión magnetoreológica a las dos ruedas laterales (masa no suspendida). Este modelo se representa como un modelo no lineal de cuatro estados. El módulo de detección de fallas y aislamiento se basa en algoritmos de generación de residuos. Se utiliza una transformación de onda para determinar las características de los residuos de las señales de aceleración del modelo durante la falla, estos datos se usarán para entrenar una red neuronal que diagnosticará la falla. El control tolerante a fallas constará de otra red neuronal, que usando los parámetros de falla modificará los parámetros de control y de este modo compensará la falla utilizando el amortiguador sano restante. El rendimiento de la estructura propuesta de la FTC se demuestra a través de la simulación. Los resultados muestran que el sistema de control podría reducir el efecto de la falla parcial del amortiguador magnetorreológico y así mantener el confort del pasajero.Item Dispositivo de microfiltración para el aislamiento de células tumorales circulantes (MEMS)-(CTS’S)(Universidad Industrial de Santander, 2022-11-18) González Díaz, Alan Javier; Borrás Pinilla, Carlos; Díaz, Pedro José; López Mejía, Omar; Sánchez Suárez, Clara InésEste documento propone el diseño y simulación de un dispositivo microfiltro para la captura de células cancerígenas o "células tumorales circulantes" (CTC), motivado por apoyar métodos de prevención y tratamiento contra el cáncer, contribuyendo a la línea de investigación en el campo de los microsistemas. o sistemas microelectromecánicos (MEMS), en el campo de la mecánica de fluidos y la mecánica de fluidos computacional (CFD), el objetivo de la propuesta es el diseño de un dispositivo para separar células cancerosas del fluido sanguíneo, con una eficiencia superior al 70%. Para la caracterización de células cancerígenas, glóbulos blancos y rojos se definen las propiedades mecánicas de la membrana celular y la viscosidad de cada tipo según la literatura. Luego sometemos cada célula a una deformación midiendo la presión crítica, comparada y validada con modelos de micropipetas y simulaciones de celdas a través de microfiltros. Con los modelos de células establecidos, se diseña el dispositivo de filtración mediante una variación del caudal y geometría, se selecciona la mejor condición hidrodinámica que genere el comportamiento favorable de la clasificación celular, la primera etapa realiza un filtrado de (CTCs), en la segunda etapa se filtran las células (WBCs-RBCs). Para las simulaciones se genera la malla en dos dimensiones utilizando elementos cuadrilaterales y el método VOF de fracción de volumen utilizando (FLUENT ANSYS). Para el diseño final del microfiltro, en la bifurcación, las células cancerígenas evaluadas con diámetros entre (D=14-20μm) y viscosidades establecidas entre (μ=20-200Pa∙s) se logra una separación del fluido principal con eficiencia mayor a e>90%, Los vórtices generados en los canales laterales mantienen la pureza de la muestra evitando el desplazamiento lateral de las RBC y WBC y siguiendo la corriente principal generando pureza de 99.99%.Item Modelo de detección y tolerante a fallas con observadores para un servosistema electrohidráulico de posición(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-28) Hoyos Arteaga, Néstor Segundo; Borrás Pinilla, Carlos; Núñez Rodríguez, Rafael Augusto; Quiroga Méndez, Jabid EduardoEste proyecto busca incentivar la investigación en técnicas de mantenimiento predictivos y gestión de fallas que se presentan en procesos industriales brindando la posibilidad de reducir costos de man-tenimiento, reducción en riesgos de seguridad y extender la vida útil de los equipos. Considerando el sistema físico y las ecuaciones que gobiernan su comportamiento matemático y dinámico se planteó un modelado, el diseño e implementación de un sistema residual y observador óptimo de Kalman para el sistema de la mesa sísmica hidráulica uniaxial del grupo de investigación DICBoT de la uni-versidad Industrial de Santander. Se implementó un sistema de residuos para detectar las fallas internas en los sellos del pistón de un servo-actuador electrohidráulico (Fallos de 0%, 10%, 20%, hasta 30% del flujo nominal de trabajo) y fallos del sensor de posición LVDT, el filtro de Kalman permito la tolerancia a las fallas por ruido en el sensor de posición. Se tomaron datos de posición para señales seno 1.0 [Hz] para realizar el proce-samiento de señales y extracción de características. Se realizo la identificación del parámetro fuga y se estableció un intervalo de confianza para detectar las fallas, se realizó validación del funcionamiento del modelo y se comparó la respuesta con mode-los de otros trabajos acerca de la misma temática.Item Sistema tolerante a falla aplicado en la transmisión de potencia de un robot móvil(Universidad Industrial de Santander, 2023-07-20) González Robles, William Ricardo; Borrás Pinilla, Carlos; Hazbón Álvarez, Omar; Pinto Hernández, WilliamEste artículo presenta el modelo matemático aproximado de la dinámica de un robot móvil de dirección deslizante (WMR) de seis ruedas accionado independientemente con motores DC de imanes permanentes (PMDC), utilizado para entrenar la red neuronal de un sistema tolerante a fallas, y asimismo, se proporciona resultados de simulación para detectar, analizar, aislar y compensar la falla eléctrica del PMDC para controlar el movimiento lineal del WMR. Asimismo, se analiza el comportamiento del sistema tolerante a fallas aplicado al modelo dinámico del movimiento lineal de un robot móvil de dirección deslizante de seis ruedas asumiendo un terreno plano, sin superficie inclinada y sin deslizamiento en la rueda, basado en un modelo matemático aproximado de la dinámica de la dinámica de WMR y la implementación de sistemas tolerantes a fallas basados en redes neuronales que se utilizan para detectar, analizar, aislar y compensar PMDC defectuosos con pérdida de control de energía eléctrica (apagado total) y sin bloqueo mecánico en el eje del PMDC. El objetivo de los sistemas tolerantes a fallas implementados es detectar la falla de pérdida de control de energía eléctrica en cualquiera de los seis PMDC del robot y diagnosticarla lo antes posible, seguido del aislamiento y compensación de fallas, aumentando o disminuyendo la potencia impulsada por el resto PMDC funcionales para mantener el movimiento lineal de WMR. Para probar el rendimiento del sistema propuesto, se simularon diferentes escenarios de pérdida de energía eléctrica para evaluar la eficacia del control en comparación con un robot de movimiento lineal dinámico con un PMDC sin fallas utilizado como referencia. El sistema tolerante a fallas basado en redes neuronales propuesto se puede usar en un robot que trabaja en un sitio remoto o en una misión en un entorno peligroso, donde la falla no puede ser reparada o compensada de inmediato por el personal técnico, por lo que la industria necesita que el robot autónomo pueda tolerar y compensar su falla por sí mismo y pueda seguir haciendo la tarea con un desempeño degradado hasta que el técnico pueda reparar la falla del equipo.