Diseño y construcción de una herramienta electromecánica portátil como apoyo a la recolección del fruto de café

En la industria cafetera de Colombia posee un gran impacto socio-económico en el panorama nacional, ya que constituye una de las actividades económicas más importantes de la agricultura colombiana. En los últimos años, se ha observado una disminución importante en la oferta de mano de obra disponibl...

Full description

Autores:
Hernández Barbosa, Jeyson Andrés
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/6986
Palabra clave:
Mechatronic
Coffee industry
Agricultural technology
Agricultural research and development
Food technology
Simulation methods
Operations research
Mecatrónica
Industria del café
Tecnología agrícola
Investigación agrícola y desarrollo
Tecnología de alimentos
Métodos de simulación
Investigación operacional
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description En la industria cafetera de Colombia posee un gran impacto socio-económico en el panorama nacional, ya que constituye una de las actividades económicas más importantes de la agricultura colombiana. En los últimos años, se ha observado una disminución importante en la oferta de mano de obra disponible para el cuidado, cosecha y pos cosecha del cultivo de café, mientras que la demanda va en aumento en conjunto con el área cultivada de café. Como resultado de la disminución de la mano de obra en zonas cafeteras, importantes entidades con amplio conocimiento en el campo de investigación cafetero como: CENICAFE y la Federación Nacional de Cafeteros, se han visto en la necesidad de generar soluciones que permitan hacer las tareas de recolección de café de forma más ágil, eficiente y con el menor esfuerzo físico posible para optimizar y aumentar la cosecha del café, con el menor número de operarios posibles. Atendiendo al problema anteriormente descrito, este proyecto se orientó hacia el desarrollo de una herramienta portátil utilizada por un operario, capaz de desprender las cerezas de café del árbol evitando que caigan frutos verdes, y que a futuro pueda ser usada de manera independiente por un brazo robótico articulado para realizar la recolección de manera automatizada. En este libro se expone el diseño, desarrollo y construcción de la herramienta.
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En los últimos años, se ha observado una disminución importante en la oferta de mano de obra disponible para el cuidado, cosecha y pos cosecha del cultivo de café, mientras que la demanda va en aumento en conjunto con el área cultivada de café. Como resultado de la disminución de la mano de obra en zonas cafeteras, importantes entidades con amplio conocimiento en el campo de investigación cafetero como: CENICAFE y la Federación Nacional de Cafeteros, se han visto en la necesidad de generar soluciones que permitan hacer las tareas de recolección de café de forma más ágil, eficiente y con el menor esfuerzo físico posible para optimizar y aumentar la cosecha del café, con el menor número de operarios posibles. Atendiendo al problema anteriormente descrito, este proyecto se orientó hacia el desarrollo de una herramienta portátil utilizada por un operario, capaz de desprender las cerezas de café del árbol evitando que caigan frutos verdes, y que a futuro pueda ser usada de manera independiente por un brazo robótico articulado para realizar la recolección de manera automatizada. En este libro se expone el diseño, desarrollo y construcción de la herramienta.1. INTRODUCCIÓN 11 2. OBJETIVOS 12 2.1 Objetivo General 12 2.2 Objetivos Específicos 12 3. ANTECEDENTES 13 4. ESTADO DEL ARTE 14 5. MARCO TEÓRICO 20 5.1. GENERALIDADES DEL CAFÉ 20 5.1.1. Café 20 5.1.2. Cultivo 22 5.1.3. Árbol 29 5.1.4. Fruto 31 5.2. TECNOLOGÍA AGRÍCOLA 33 5.2.1. Mecanización agrícola 33 5.2.2. Cosecha asistida 34 5.2.3. Agricultura de precisión 35 5.3. MODELAMIENTO Y SIMULACIÓN DE LA HERRAMIENTA 36 5.3.1. Teoría de simulación 36 5.3.2. Propiedades físicas del café 38 5.3.3. Métodos de desprendimiento del fruto de café 40 5.4. FUNDAMENTOS DEL DISEÑO MECATRÓNICO 44 5.4.1. Metodologías aplicadas 45 6. METODOLOGÍA 50 6.1. DEFINICIÓN Y ESPECIFICACIÓN 52 6.2. MODELADO 59 6.2.1. Parametrización del modelo 59 6.3. SIMULACIÓN 63 6.3.1. Consideraciones de la simulación 64 6.3.2. Resultados de la simulación 66 6.3.3. Conclusiones de la simulación 68 6.4. DISEÑO MECÁNICO Y ELÉCTRICO 69 6.4.1. Diseño del extremo de la herramienta (actuador final) 69 6.4.2. Selección de motores del actuador final 70 6.4.3. Diseño de brazo de soporte del actuador final 72 6.4.4. Diseño del eslabón de soporte del extremo de la herramienta 75 6.4.5. Selección del dinamo y baterías 77 6.4.6. Diseño de acople del dinamo al eje de la guadañadora 78 6.5. OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO MECÁNICO 80 6.5.1. Optimización del mecanismo de apertura de los brazos 80 6.5.2. Optimización del sistema de sujeción de los dientes de la herramienta 83 6.5.3. Optimización del manubrio 85 6.5.4. Optimización del sistema de control de las variables del sistema 90 6.5.5. Optimización de los dientes de la herramienta 91 6.5.6. Optimización del sistema de alimentación de energía 92 6.6. DISEÑO ELECTRÓNICO 93 6.6.1. Sistema de control de apertura de brazos 93 6.6.2. Sistema control de velocidad de los motores del extremo 94 6.7. PLANOS DE CONSTRUCCIÓN Y LISTA DE MATERIALES 95 6.8. VALIDACIÓN DEL PROTOTIPO 95 7. CONCLUSIONES 100 BIBLIOGRAFÍA 102PregradoIn the coffee industry of Colombia possesses a great socio-economic impact on the national scene, as it constitutes one of the most important economic activities of Colombian agriculture. In recent years, there has been a significant decrease in the supply of labor available for the care, harvest and post-harvest of coffee cultivation, while demand is on the rise in conjunction with the cultivated area of coffee. As a result of the decrease in labor in coffee-growing areas, important entities with extensive knowledge in the field of research cafetero: cenicafé and the National Federation of Coffee Growers, have seen the need to generate solutions that allow the harvesting of coffee in a more agile, efficient and with the least possible physical effort to optimize and increase the coffee harvest, with the least number of people possible. In response to the problem described above, this project was oriented toward the development of a portable tool used by an operator, able to dislodge coffee cherries from the tree avoiding falling green fruits, and that in the future can be used independently by a robotic arm articulated to perform the collection in an automated way. This book exposes the design, development and construction of the tool.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDiseño y construcción de una herramienta electromecánica portátil como apoyo a la recolección del fruto de caféDesign and construction of a portable electromechanical tool to support the harvesting of the coffee fruitIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicCoffee industryAgricultural technologyAgricultural research and developmentFood technologySimulation methodsOperations researchMecatrónicaIndustria del caféTecnología agrícolaInvestigación agrícola y desarrolloTecnología de alimentosMétodos de simulaciónInvestigación operacionalF. 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