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

Ramírez González , Eduardo José; Zuluaga Aristizábal, Manuela

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

dc.contributor.advisor	Jaramillo Botero, Andrés
dc.contributor.advisor	de la Roche Yepes, Jhonattan
dc.contributor.author	Ramírez González , Eduardo José
dc.contributor.author	Zuluaga Aristizábal, Manuela
dc.date.accessioned	2024-06-17T17:48:10Z
dc.date.available	2024-06-17T17:48:10Z
dc.date.issued	2023
dc.description.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.
dc.description.abstracteng	To optimize the acquisition of data from crops, high-throughput phenotyping (HTP) strategies and platforms are necessary. These enable farmers to make decisions regarding crop management and selection of desired varieties by providing access to real-time crop information at a lower cost and with higher precision. Although such devices are already available commercially, they often lack the measurement of sufficient variables, mobility to capture data from various angles, and are quite expensive, with prices ranging from $1000 to $3000 per unit. This project proposes an improvement in the mechanical design of a distributed Internet of Things (IoT) platform for high throughput crop phenotyping, called PhenoAgro, which is part of the fourth project under the OMICAS program. The program is currently at a stage where it aims to eliminate engineering and manufacturing risks and reduce costs. To achieve this, two critical components responsible for the platform's two degrees of movement were identified. The first is the hip mechanism, which allows the platform to rotate 360 degrees. The second is the telescopic movement mechanism, which enables the platform to move up and down, following the crop's growth. The engineering design methodology, design for manufacturing and assembly, and material selection according to Ashby's approach are employed to propose improvements for mass production. This involves enhancing the current design and seeking cost reductions to create a complete and accessible product. The obtained results include SolidWorks designs and simulations of the parts, analyzing the stresses they endure, as well as calculations of mechanical elements to ensure proper motor selection and prototype material strength. Additionally, through design iterations, a functional prototype of the mechanisms was successfully produced using additive manufacturing with PLA. Following Ashby's material selection methodology, PETG was chosen as the final material for custom parts, and manufacturing was carried out through fused deposition modeling (FDM). Mechanical tests were conducted to evaluate the parts' resistance. Finally, manufacturing costs were established, and potential cost reductions were explored by leveraging the flexibility of additive manufacturing, utilizing topological optimization and part consolidation. Keywords: Phenotyping, Mechanical Design, Mass Production, Mechanisms.
dc.format.extent	91 p.
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.uri	https://vitela.javerianacali.edu.co/handle/11522/2801
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Pontificia Universidad Javeriana Cali
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeniería y Ciencias
dc.rights.accessrights	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.rights.uri	https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Fenotipado
dc.subject	Diseño mecánico
dc.subject	Producción masiva
dc.subject	Mecanismos
dc.subject	Phenotyping
dc.subject	Mechanical Design
dc.subject	Mass Production
dc.subject	Mechanisms
dc.thesis.discipline	Facultad de Ingeniería y Ciencias. Ingeniería Mecánica
dc.thesis.grantor	Pontificia Universidad Javeriana Cali
dc.thesis.level	Pregrado
dc.thesis.name	Ingeniero(a)Mecánico(a)
dc.title	Mejoramiento del diseño mecánico para la producción masiva de la plataforma multisensorial para fenotipado de cultivos en tierra (PhenoAgro)	spa
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
dc.type.redcol	https://purl.org/redcol/resource_type/TP