Mejoramiento del diseño mecánico para la producción masiva de la plataforma multisensorial para fenotipado de cultivos en tierra (PhenoAgro)

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Date
2023
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Publisher
Pontificia Universidad Javeriana Cali
Abstract
Para optimizar la adquisición de datos tomados de los cultivos, son necesarias las estrategias y las plataformas de alto rendimiento para fenotipificación (HTP). Estas permiten al agricultor tomar decisiones del manejo del cultivo y de la selección de la variedad de interés, ya que permiten acceder a la información en tiempo real del estado del cultivo, a un menor costo y con una mayor precisión. Aunque ya existen este tipo de dispositivos comercialmente, por lo general no miden suficientes variables, muchos de ellos no cuentan con movilidad, para tomar datos en diferentes ángulos, y son muy costosos, con precios que rondan entre los 1000 y 3000 dólares por unidad. Este proyecto propone una mejora en el diseño mecánico de una plataforma del internet de las cosas (IoT) distribuida para fenotipificación de alto rendimiento de cultivos, llamada PhenoAgro perteneciente al cuarto proyecto del programa OMICAS. El programa cuenta con un prototipo cercano al nivel de sistema operacional planificado, en una etapa donde se busca eliminar riesgos de ingeniería y de manufactura, y disminuir el costo. Para lograr esto se identificaron dos mecanismos encargados de dos grados de movimiento de la plataforma como los componentes más críticos. El primero es el mecanismo de cadera, el cual permite a la plataforma dar un giro de 360 grados. El segundo es el mecanismo de movimiento telescópico, el cual permite que la plataforma suba y baje, siguiendo el crecimiento del cultivo. Siguiendo la metodología de diseño en ingeniería, diseño para manufactura y ensamble y selección de materiales de Ashby se propondrá una mejora para la producción en masa, mejorando el diseño actual y buscando reducir costos, para hacer un producto completo y accesible. Los resultados obtenidos incluyen diseños y simulaciones en SolidWorks de las piezas analizando los esfuerzos a los que se someten, y cálculos de elementos mecánicos, comprobando la correcta selección de motores y resistencia de material de prototipado. Además, a partir iteraciones de diseño se logró obtener un prototipo funcional de los mecanismos con el uso de manufactura aditiva usando PLA. Mediante la metodología de selección de materiales de Ashby se seleccionó el PETG como material final de las piezas personalizadas y una fabricación mediante modelado por deposición fundida (FDM), a partir de este método de fabricación y material se realizaron ensayos mecánicos para evaluar la resistencia de las piezas. Finalmente se establecieron costos de fabricación y como estos podrían disminuirse al aprovechar la flexibilidad de la manifactura aditiva, usando la optimización topológica y la consolidación de piezas.
Description
Keywords
Fenotipado, Diseño mecánico, Producción masiva, Mecanismos, Phenotyping, Mechanical Design, Mass Production, Mechanisms
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