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REPERCUSIÓN DE MÉTRICAS DE IMPACTO EN LA SOSTENIBILIDAD DE PUBLICACIONES CIENTÍFICAS

DESIGN, SIMULATION AND CONSTRUCTION OF A PELLETS TRANSPORTATION LABORATORY

Resumen Este artículo presenta cómo se diseñaron y construyeron tres modelos a escala de maquinaria industrial, como una forma educativa de mostrar el transporte de material particulado. En la literatura analizada se encontraron modelos de cálculo para equipos a nivel industrial, más no a nivel de laboratorio. Se escogieron los más representativos del transporte comercial: un tornillo transportador, una banda transportadora y un elevador de cangilones. Estos tres equipos se calcularon y fueron construidos en policarbonato para permitir la visualización de su funcionamiento interno. Los tres equipos están controlados por un controlador lógico programable (PLC) y conectados entre sí por una red SCADA. Los equipos son modulares para no alterar el orden de funcionamiento, pudiendo obtener diferentes secuencias de trabajo. Además, se elaboró una interfaz gráfica hombre-máquina (HMI) para supervisar y controlar los equipos diseñados. Los resultados de flujo de transporte y material particulado obtenidos son aproximadamente coincidentes con los calculados, validando el uso de los modelos de cálculo para niveles de trabajo mucho menores. Finalmente, se destaca que el sistema obtenido es un entorno para que los estudiantes implementen técnicas de control usando los sensores y motores presentes.

Abstract The article presents how three scaled down industrial machinery models were designed and built as an educational tool to present the transport of particulate material. The literature review showed calculation models for equipment at industrial level, not for laboratory level. There were chosen the most representative means of commercial transport for particulate materials: a conveyor screw, a conveyor belt and a bucket elevator. These three machines were calculated and built in polycarbonate to allow visualization of their internal functioning. The three devices are controlled by a programmable logic controller (PLC) and connected to each other by a SCADA network. The equipment is modular so as not to alter the order of operation, being able to obtain different work sequences. In addition, a man-machine graphic interface (HMI) was developed to supervise and to control the designed equipment. The results of particulate material mass flow obtained are approximately coincident with those estimated, validating the use of calculation models for much lower levels of work. Finally, it is emphasized that the system obtained is an environment for students to implement control techniques using the sensors and motors used in the designs.

GRAPHENE REINFORCED ALUMINUM MATRIX COMPOSITE OBTAINING BY POWDER METALLURGY

Resumen Varios investigadores han reportado el grafeno como un refuerzo ideal para materiales compuestos debido a sus interesantes propiedades (1). El material compuesto de matriz de aluminio reforzado con grafeno se fabricó por procesos de pulvimetalurgia. En este estudio se investigó el efecto de la morfología del polvo de aluminio sobre la capacidad de compactación y la resistencia mecánica del material compuesto. Se utilizaron diferentes tiempos de molienda para determinar el tiempo óptimo requerido en la fabricación. Se determinó la carga de compactación adecuada variando sus valores y analizando el efecto de las diferentes cargas en las características del material. Se establecieron los parámetros de sinterizado de acuerdo con los estudios previos empleados por otros investigadores. Finalmente, se determina que con 0.5% wt de grafeno se presentan fenómenos de refinamiento del grano y mayor conductividad eléctrica del compuesto con respecto al aluminio pulvimetalúrgico.

Abstract Several researchers have reported graphene as an ideal reinforcement for composite materials due to its interesting properties (1). The graphene-reinforced aluminium matrix composite material was obtaining by powder metallurgy. This study investigated the effect of aluminum powder morphology on compaction capacity and mechanical strength of composite material. Different milling times were used to determine the optimal time required in manufacturing. The proper compaction load was determined change its values and analyzing the effect of the different loads on the characteristics of the composite. Sintering parameters were established according to previous studies employed by other researchers. Finally, it is determined that with 0.5% wt graphene presents phenomena of grain refinement and higher electrical conductivity of the compound with respect to powder metallurgical aluminum.

MECHANICAL CHARACTERIZATION OF POLYLACTIC ACID, POLYCAPROLACTONE AND LAY-FOMM 40 PARTS MANUFACTURED BY FUSED DEPOSITION MODELING, AS A FUNCTION OF THE PRINTING PARAMETERS

Resumen El presente estudio tuvo como finalidad la determinación de las propiedades mecánicas de piezas fabricadas por modelado de deposición fundida (FDM), empleando tres diferentes materiales biocompatibles: ácido poliláctico (PLA), policaprolactona (PCL) y Lay- Fomm 40. Así mismo, se analizó la influencia de diferentes parámetros de impresión en el comportamiento mecánico: la selección, el material, el ángulo de trama y el porcentaje de relleno. Se realizaron pruebas de tensión y compresión de las probetas en una máquina de ensayos universal y se obtuvo el módulo elástico, el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo último a partir de las curvas de esfuerzo-deformación. Las mayores resistencias se reportan en las probetas de PLA, tanto a tensión como a compresión, por ejemplo, el promedio del esfuerzo último a tensión del PLA con ángulo de trama 0-90° y porcentaje de relleno del 30% fue de 41.20 MPa, mientras que para el PCL fue de 9.68 MPa. Por otro lado, el material con mayores elongaciones fue el Lay-Fomm 40 con porcentajes que van desde 300% hasta el 600%. Finalmente, mediante un análisis ANOVA se determinó que la selección del material es el parámetro que más influye en las propiedades mecánicas, contribuyendo en un 84.20% al módulo elástico, en 93.30% al esfuerzo a fluencia y un 82.44% al esfuerzo último, mientras que el ángulo de trama es el segundo factor significativo, presentando mayores resistencias en las probetas con ángulo de trama 0-90°. Por otro lado, la contribución del porcentaje de relleno no fue estadísticamente significativa. Los resultados obtenidos pueden ser usados para determinar el material y parámetros de impresión 3D adecuados para la manufactura aditiva de scaffolds, implantes y demás estructuras para aplicaciones biomédicas y de ingeniería de tejidos.

Abstract This study aims to determine the mechanical properties of parts manufactured by Fused Deposition Modeling (FDM) using three biocompatible polymer materials: Polylactic Acid (PLA), Polycaprolactone (PCL) and Lay-Fomm 40. Also, it was analyzed the influence of different printing parameters, material selection, infill percentage, and raster angle, over the mechanical properties. The samples were subjected to tension and compression tests using a universal testing machine, and elastic modulus, yield stress, and ultimate stress were obtained from the stress-strain curves. PLA samples have the highest elastic modulus, yield stress and ultimate stress for both compression and tension tests, for example, the ultimate tensile stress with infill percentage of 30 % and raster angle of 0-90° has an average value of 41.20 MPa, while PCL samples had an ultimate tensile stress average value of 9.68 MPa. On the other hand, Lay-Fomm40 samples had the highest elongations, with percentage values between 300 and 600 %. Finally, ANOVA analysis showed that the choice of the material is the leading printing parameter that contributes to the mechanical properties, with percentages of 84.20% to elastic modulus, 93.30% to yield stress, and 82.44% to ultimate stress. The second important factor is the raster angle, with higher strengths for the 0-90° when compared to 45-135°. On the other hand, the contribution of the infill percentage to the mechanical properties was no statistically significant. The obtained results could be useful for material selection and 3D printing parameters definition for additive manufacturing of scaffolds, implants, and other structures for biomedical and tissue engineering applications.

THERMOMECHANICAL RESPONSE OF A VISCOELASTIC NI-TI - SHAPE MEMORY ALLOY COMPOSITE BEAM

Resumen En este trabajo se estudió el comportamiento mecánico de vigas viscoelásticas compósitas de aleación de Ni-Ti con memoria de forma (SMAHC), fabricadas con una barra circular de aleación de Ni-Ti incorporada en un tubo cilíndrico de polipropileno (PP) de 500 mm de largo, con un diámetro externo de 50 mm y espesor de pared nominal de 7 mm, reforzado con una capa de nylon/epoxi. La barra metálica de Ni-Ti se caracterizó usando: Microscopía electrónica de barrido (MEB); Difracción de rayos X (DRX) y análisis térmico diferencial (ATD). La composición química nominal de la aleación con memoria de forma es 50.05% Ni y 49.95% Ti, donde la martensita suave es la fase predominante a temperatura ambiente. Las temperaturas de transformación de fase martensita (M) a austenita (A) fueron Minico = 32°C, Mfinal = 46°C, Ainicio = 38°C y Afinal = 60°C. Para temperaturas T<Mfinal, la barra de Ni-Ti presentó la fase martensítica al 100%, mientras que para temperaturas T>Afinal se transformó completamente en la fase austenítica y el módulo de elasticidad de la SMAHC aumentó en un factor hasta de tres veces. Este cambio significativo en la rigidez del Ni-Ti, sin cambio de masa, ha motivado la aplicación de esta aleación en el control de vibración de máquinas. Las vigas SMAHC se sometieron a pruebas de flexión a tres puntos, en el régimen elástico. Los resultados experimentales mostraron que, en promedio, a 21°C, el módulo elástico efectivo a flexión del material de polipropileno (PP) aumentó un 112%, de 757 MPa a 1609 MPa, al incorporar a este sistema la barra de Ni-Ti y la capa de refuerzo externa de nylon/epoxi, generando una viga viscoelástica inteligente. Estos últimos resultados indican que el sistema SMAHC puede funcionar como una estructura adaptativa.

Abstract This investigation is concerned with the mechanical behavior of Shape Memory Alloy Hybrid Composite Beams (SMAHC), that consist of a circular bar of Ni- Ti alloy incorporated in a 500 mm long cylindrical pipe of polypropylene (PP), with external diameter 50 mm and nominal wall thickness 7 mm, wound with a nylon/epoxy layer. The Ni-Ti alloy was characterized using: scanning electron microscopy (SEM); X-ray diffraction (XRD) and Differential thermal analysis (DSC). The nominal chemical composition of the alloy is 50.05%Ni / 49.95%Ti, and the softer martensite is the predominant phase at room temperature. The approximate martensite (M) to Austenitic (A) phase transformation temperatures were Mstart = 32°C, Mfinal = 46°C, Astart = 38°C and Afinal = 60°C. For temperature T<Mfinal, Ni-Ti bar presents 100% martensitic phase, whereas for T>Afinal it is fully converted in the Austenitic phase; and its elasticity modulus increases by a factor up to three times. This significant change in stiffness of Ni-Ti, without changing its mass, has motivated the application of such alloy in machine vibration control. The SMAHC beams were subjected to static three-point bending tests, in the elastic regime. Experimental results showed that, in average, at 21°C, the PP pipes effective flexural elastic modulus increased 112%, from 757 MPa to 1609 MPa, when the Ni-Ti bar and the external layer of nylon/epoxy were incorporated to the PP pipe, creating a smart beam. These last results indicate that the SMAHC beam can work as an adaptative structure.

GENDER CLASSIFICATION BASED ON VOICE SIGNALS USING FUZZY MODELS AND OPTIMIZATION ALGORITHMS

Resumen En este documento se describe un esquema de clasificación de género, basado en señales de voz, en el que se proponen y prueban 16 modelos difusos diferentes que son optimizados mediante cuatro algoritmos bioinspirados y el método cuasi-Newton. El esquema de clasificación considera cuatro conjuntos de datos y cinco características de voz diferentes para definir los valores de entrada de un algoritmo en el proceso de optimización. Los valores de entrada de cada modelo difuso definen la media y varianza de sus funciones de pertenencia gaussianas, y su desempeño se evalúa mediante los valores de entrada del algoritmo de optimización y el error cuadrático medio como función objetivo para minimizar. Se hace un análisis comparativo entre modelos, algoritmos y conjuntos de datos para obtener conclusiones de acuerdo con los resultados de cada modelo optimizado.

Abstract This paper describes a gender classification scheme based on voice signals in which 16 different fuzzy models are proposed and optimized using four bio-inspired optimization algorithms and the quasi-Newton method. The classification scheme considers four data sets and five different voice features to define the input values of an algorithm in the optimization process. The inputs of each fuzzy model define the mean and variance of their Gaussian membership functions, and their fitness is evaluated by the input values of the algorithm and mean squared error as objective function to be minimized. A comparative analysis between models, algorithms and data sets is made to obtain conclusions according to the results of each optimized model.

GLOBAL MAP GENERATION AND SLAM USING LIDAR AND STEREO CAMERA FOR TRACKING MOTION OF MOBILE ROBOT

Resumen Uno de los temas de mayor atención en la robótica móvil está relacionado con la localización y mapeo de un robot en un entorno determinado, y el otro, asociado a la selección de los dispositivos o sensores necesarios para adquirir la mayor cantidad de información externa posible para la generación de un mapa global. El propósito de este artículo es plantear la integración entre un robot móvil terrestre tipo oruga, tareas de SLAM con dispositivos LiDAR y el uso de estéreo visión a través de la cámara ZED para la generación de un mapa global en 2D y el seguimiento del movimiento del robot móvil mediante elsoftwarede MATLAB®. El experimento consiste en realizar diferentes pruebas de detección para determinar las distancias y hacer el seguimiento de la posición del robot móvil en un entorno estructurado en interiores, para observar el comportamiento de la plataforma móvil y determinar el error en las mediciones. Los resultados obtenidos muestran que los dispositivos integrados cumplen satisfactoriamente con las tareas establecidas en condiciones controladas y en entornos interiores, obteniendo porcentajes de error inferiores al 1 y 4% para el caso del LiDAR y la cámara ZED, respectivamente. Se desarrolló una alternativa que resuelve uno de los problemas más comunes de la robótica móvil en los últimos años y, adicionalmente, esta solución permite la posibilidad de fusionarse otro tipo de sensores como los sistemas inerciales, encoders, GPS, entre otros, con el fin de mejorar las aplicaciones en el área y la calidad de la información adquirida desde el exterior.

Abstract One of the topics of greatest attention in mobile robotics is related to the location and mapping of a robot in a given environment and the other, associated with the selection of the devices or sensors necessary to acquire as much external information as possible for the generation of a global map. The purpose of this article is to propose the integration between a caterpillar-type land mobile robot, SLAM tasks with LiDAR devices and the use of stereo vision through the ZED camera for the generation of a 2D global map and the tracking of the movement of the mobile robot using the MATLAB®software. The experiment consists of performing different detection tests to determine distances and track the position of mobile robot in a structured environment indoors, to observe the behavior of the mobile platform and determine the error in the measurements. The results obtained show that the integrated devices satisfactorily fulfill the tasks established in controlled conditions and in indoor environments, obtaining error percentages lower than 1 and 4% for the case of the LiDAR and the ZED camera respectively. An alternative was developed that solves one of the most common problems of mobile robotics in recent years and, additionally, this solution allows the possibility of merging other types of sensors such as inertial systems, encoders, GPS, among others, in order to improve the applications in the area and the quality of the information acquired from abroad.

VIRTUAL ENVIRONMENT FOR THE DESIGN OF POSITION TRAJECTORY TRACKING CONTROLLERS OF REMOTELY OPERATED VEHICLES

Resumen Este artículo presenta un ambiente virtual basado en co-simulación entre MatLab y MSC Adams, permitiendo simulación, análisis, desarrollo y validación de estrategias de control para el seguimiento de trayectorias de posición de un vehículo operado remotamente (ROV). Los resultados de simulación en el plano horizontal muestran que es posible, de forma simple, construir un ambiente virtual que permite observar movimientos realistas al ingresar las fuerzas ejercidas sobre un ROV. Sacando ventaja de las propiedades de co-simulación, las experiencias en este trabajo muestran que esta estrategia de simulación es muy adecuada para propósitos de análisis y diseño de control, permitiendo a los investigadores y profesionales el uso amplio de herramientas de control disponible en MATLAB para este fin. En este trabajo se utiliza un regulador lineal cuadrático (LQR) robusto con acción integral para evaluar el desempeño del entorno virtual propuesto en el seguimiento de una trayectoria de posición. Para la validación se utilizaron trayectorias ampliamente empleadas en diseños de estudios navales como son la de forma de Zig-Zag y la de forma Circular. Los resultados de simulación muestran que la integración de MatLab y MSC Adams permite evaluar de forma efectiva el desempeño de estrategias de control en este entorno virtual. El enfoque presentado permite ganar experiencia acerca de los desafíos de este tipo de problemas de control, antes de tratar con los aspectos complejos de sintonización en ambientes experimentales reales, evitando pérdidas y sobrecostos en los proyectos robótica submarina.

Abstract This article presents a virtual environment based on co-simulation between MatLab and MSC Adams, allowing simulation, analysis, development and validation of control strategies for tracking of position trajectories of a Remotely Operated Vehicle (ROV). The simulation results in the horizontal plane show that it is possible, in an uncomplicated way, to construct a virtual environment, which allows observing realistic movements when the forces exerted on an ROV are provided. Taking advantage of the properties of co-simulation, the experiences in this work show that this simulation strategy is very suitable for analysis purposes and control design, allowing researchers and professionals the wide use of control tools available in MATLAB for this end. In this work, a robust linear quadratic regulator (LQR) with integral action has been used to evaluate the performance of the proposed virtual environment for tracking of position trajectories. To validation purposes, widely used trajectories in naval study designs were employed such as the Zig -Zag shaped and the Circular shaped trajectories. Simulation results show that the integration of both, MatLab and MSC Adams, effectively addressees the problem of evaluation of performance of control strategies in the virtual environment. The presented approach allows gaining experience about the challenges of this kind of control problems, before dealing with the complex aspects of tuning in real experimental environments, avoiding losses and cost overruns for underwater robotics projects.