diseño y construcción de un bipedestador eléctrico para
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Diseño y Construcción de un bipedestador
eléctrico para niños con discapacidad
Proyecto de grado
Alejandro Herrera Ruiz
Estudiante de Ingeniería Mecánica y Administración de Empresas
Profesor asesor:
Luis Mario Mateus Sandoval
Ingeniero Mecánico M.Sc.
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecánica
Bogotá, Colombia
Junio de 2018
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Quiero dedicar este trabajo principalmente a mi madre, Edith Ruiz Gómez, quien
me ha apoyado no solo durante este proyecto, sino a lo largo de toda mi vida. Fue
ella quien siempre estuvo alentándome para dar lo mejor mí y poder realizar este
trabajo, que espero algún día pueda cambiar la vida de muchos niños.
También, quiero dedicar este trabajo a todos los niños que hicieron parte de este
proyecto, pues me dieron la oportunidad y depositaron su confianza para que yo les
pudiera brindar una mano con una de sus tantas necesidades.
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.
Mis mayores agradecimientos a:
Mi madre, por siempre brindarme todas las herramientas para poder culminar con
éxito este proyecto.
Gabriela Robles, por su inmensa colaboración, apoyo incondicional, compañía y
aliento durante todo el desarrollo del proyecto.
Profesor Luis Mateus, por brindarme la oportunidad de realizar un proyecto con este
enfoque. Por su paciencia durante todo el semestre y por su gran disposición para
ayudarme a resolver las dudas e inquietudes que pudieron surgir.
Todos los técnicos de manufactura, Carolina, Jorge, Jose, Ramiro y Andrés, por
haber apoyado el proceso de manufactura del prototipo, siempre con la mejor
actitud y su mejor esfuerzo para hacer que las cosas salieran bien
Asociación ACONIÑO, por abrirle las puertas a la universidad y permitirme
desarrollar el proyecto con su ayuda.
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Contenido
1. Índice ..................................................................................................................................... 6
2. Introducción ........................................................................................................................... 6
3. Contexto ................................................................................................................................ 7
4. Objetivos................................................................................................................................ 8
4.1 Objetivo general ............................................................................................................. 8
4.2 Objetivos específicos ...................................................................................................... 8
5. Investigación .......................................................................................................................... 8
5.1 Metodología ................................................................................................................... 9
5.2 Selección de niños .......................................................................................................... 9
5.3 Marco teórico de patologías y sintomatología. ............................................................... 10
5.4 Resultados de investigación .......................................................................................... 11
5.5 Conclusiones de investigación ...................................................................................... 14
6. Estado del arte ...................................................................................................................... 15
6.1 Trabajos previos ........................................................................................................... 16
7. Diseño.................................................................................................................................. 16
7.1 Diseño de Mecanismo ................................................................................................... 17
7.2 Selección de Componentes ........................................................................................... 19
7.2.1 Estructura ............................................................................................................. 19
7.2.2 Actuador ............................................................................................................... 20
7.2.3 Otros ..................................................................................................................... 22
8. Prototipo .............................................................................................................................. 23
9. Pruebas ................................................................................................................................ 24
10. Análisis ............................................................................................................................ 26
10.1 Análisis funcional y análisis terapéutico. ....................................................................... 26
10.2 Estructural .................................................................................................................... 31
11. Conclusiones .................................................................................................................... 32
12. Recomendaciones ............................................................................................................. 33
13. Bibliografía y Referencias ................................................................................................ 33
14. Anexos ............................................................................................................................. 35
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Tabla de ilustraciones
Ilustración 1. Silla de ruedas para usuario temporal, permanente, y con apoyo postural, de
izquierda a derecha respectivamente. Tomado de “Pautas para el suministro de sillas de
ruedas manuales en entornos de menos recursos” [14]............................................................. 17
Ilustración 2. Simulación estática de la estructura ................................................................... 19
Ilustración 3. Resultados simulación estática ............................................................................ 19
Ilustración 4. Modelo CAD de la estructura propuesta ............................................................ 20
Ilustración 5. Estructura utilizada para la simulación dinámica ............................................. 21
Ilustración 6. Motor Seleccionado de referencia FA-150-S-12-9" ............................................ 22
Ilustración 7. Controlador PWM .............................................................................................. 22
Ilustración 8. Silla para automóviles de niños utilizada ............................................................ 23
Ilustración 9. Rodachines industriales con freno ...................................................................... 23
Ilustración 10. Prototipo de Bipedestador Eléctrico ................................................................. 24
Ilustración 11. Prueba estática en posición sedente .................................................................. 25
Ilustración 12. Prueba estática en posición bípeda ................................................................... 25
Ilustración 13. Paciente Andrés Felipe en prueba dinámica..................................................... 26
Ilustración 14. Paciente Michelle en prueba dinámica ............................................................. 26
Ilustración 15. Apoyo en soporte de pies ................................................................................... 27
Ilustración 16. Pechero estilo mariposa ..................................................................................... 28
Ilustración 17. Almohadillas utilizadas para asegurar las piernas de los niños ....................... 29
Ilustración 18. Desajuste lineal en el cuerpo del paciente ......................................................... 30
Ilustración 19. Bisagras desalineadas con respecto a la silla .................................................... 31
Ilustración 20. Ubicación de los componentes que se deben tener en cuenta ........................... 32
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1. Índice
Término Definición
Hipotonía
Puede afectar a niños y adultos, es una disminución en el tono muscular
(debilidad muscular).
Espasticidad Se refiere a músculos tensos y rígidos. Puede interferir con la actividad
de caminar, movimientos y el habla.
Sedentación Cuando aumenta la presión al interior de los discos y tiene que ver con
la alineación de la columna vertebral.
Bipedestación Capacidad de mantenerse erguido sobre las extremidades inferiores.
Dismorfia Anomalía en la forma de alguna parte del cuerpo del ser vivo que se da
durante su desarrollo.
Deleción Es la pérdida de parte de los cromosomas, lo cual genera afectaciones en
el desarrollo del ser vivo.
Heterocigosis Cuando en los genes se tienen dos alelos diferentes.
Hipsarritmia Patrón electroencefalográfico que se caracteriza por la presencia de
continuas descargas de ondas lentas, puntas, ondas agudas, sin
sincronización entre ambos hemisferios, y de alto voltaje, dando la
sensación de un absoluto desorden del electroencefalograma.
2. Introducción La clasificación internacional del funcionamiento, discapacidad y salud (ICF), define una
discapacidad como un término que aglomera impedimentos, limitaciones en actividades y
restricciones de participación. Actualmente, hay por lo menos 1 billón de personas en el
mundo que tienen alguna discapacidad, esta cifra representa el 15% de la población total de
habitantes en el planeta, de las cuales hay entre 110 millones y 190 millones que tienen
dificultades significativas en su cotidianidad, por lo que tienen que acceder a diferentes
métodos y medios para poder realizar actividades rutinarias que van desde llegar al trabajo o
incluso vestirse. Esta población se encuentra en una situación que se agrava aún más por el
hecho de que es más difícil o caro acceder a servicios de salud de la calidad requerida para
que puedan suplir sus necesidades. Lo anterior, se puede ver reflejado en tasas de mortalidad
y mortalidad prematura más alta, envejecimiento acelerado, sedentarismo, correlación entre
enfermedades, etc. Adicionalmente, la tasa de personas con discapacidad ha venido
aumentado debido a las condiciones precarias de salubridad en algunas poblaciones y al
aumento de la población adulta mayor de 65 años alrededor del mundo. [23]
Entre los diferentes obstáculos a los que están sometidas las personas con discapacidad para
poder acceder a un servicio de salud están, por ejemplo, los altos costos en los que deben
incurrir en servicios de transporte más la atención médica especializada. Por eso, en países
de bajos ingresos el porcentaje de personas con alguna discapacidad que deja de recibir
atención médica es de 51% a 53%, mientras que las personas sin discapacidad que se quedan
sin atención rondan el 33 % [20]. Agregado a lo anterior, existe una barrera de tecnología e
infraestructura, pues muchas veces las calles, los centros médicos o de terapia, los baños y
otros lugares de uso común, el sistema de transporte o incluso los vehículos particulares no
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están adecuados para que las personas con discapacidades puedan acceder fácilmente. Por
último, en países de bajo desarrollo hay escasez o carencia de insumos, equipo y, en algunos
casos, de experiencia médica especializada que permita tratar adecuadamente a las
necesidades de cada persona.
Para poder dirigirnos más hacia el desarrollo de este proyecto, es necesario definir calidad de
vida y bienestar de las personas. En primer lugar, calidad de vida es la percepción que tiene
un individuo sobre su posición en la vida, en el contexto cultural y en el sistema de valor en
el que viven, todo esto con relación a sus metas, expectativas, estándares y preocupaciones
[24]. En segundo lugar, bienestar es el estado de comodidad, salud y prosperidad en una
persona [6]. Como las anteriores son variables que no son cuantificables fácilmente y que
están abiertas a la interpretación, y, a su vez, son esenciales para la problemática que se va a
desarrollar durante el proyecto, se va a usar una interpretación propia para poder concretar la
situación que se desea cambiar y las posibles soluciones a esta. Por lo tanto, sin alejarse
mucho de lo indicado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y sus siglas en inglés
WHO, calidad de vida va a ser la dificultad o facilidad de realizar acciones de la vida
cotidiana, con cierto grado de independencia, mientras que bienestar va a ser la capacidad de
ir mejorando o manteniendo el estado de salud, comodidad y prosperidad.
Por consiguiente, el planteamiento general de este proyecto considera proponer una ayuda
para solucionar algún requerimiento que exista en la población con discapacidad. Debido a
su definición, la discapacidad es un término muy diverso y que aglomera diferentes clases de
restricciones, como la visual, motora, auditiva, psicológica, etc. Es por eso, por lo que el
rango de aplicación de este proyecto estará limitada a una población específica, la cual
comprende a niños entre los 6 y 10 años con alguna discapacidad o una combinación de estas,
que entre su diagnóstico se encuentre alguna clase de impedimento para un desarrollo
locomotor normal. Principalmente, niños que dependan de sillas de ruedas para movilizarse
y de un apoyo extra para poder sentarse o mantener una posición erguida. Con el fin de que
esta solución pueda llegar a aumentar el bienestar de esta población, mejorar su calidad de
vida y, lo más importante, que sea de acceso fácil para personas con bajos y medios recursos.
3. Contexto
Usualmente, las personas que presentan discapacidades de tipo motor y cognitivo tienen que
recurrir a sistemas de apoyo permanentes como caminadores o sillas de ruedas y temporales
como bastones o asistencia de otra persona; pero esto es solo en los casos donde las personas
ya han desarrollado cierto grado de independencia o ya están adaptadas a las condiciones
especiales. Sin embargo, el caso de los niños es diferente, pues por su edad son dependientes
en varios aspectos de su cotidianidad y, más aún, cuando desde nacimiento padecen de algún
tipo de condición especial que les impide tener un desarrollo normal, al igual que cuando
estas condiciones son padecidas desde muy temprana edad. Lo anteriormente mencionado,
sumado al rango de edad que fue seleccionado para el proyecto, deja a los padres en una
situación en la que cuentan con 2 opciones. La primera es cargar al niño hacia todos lados y
la segunda es adquirir una silla de ruedas, pues en esta edad los niños dejan de ser aptos para
los coches de bebé debido al crecimiento. Este proyecto estará enfocado hacia los niños que
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dependen de las sillas de ruedas, pues estas no solo son un medio de transporte, son también
un dispositivo que aporta a la calidad de vida de ellos y de las familias que tienen acceso a
estas. Pues, es preciso mencionar que en el mundo existen aproximadamente 70 millones de
personas que requieren de silla de ruedas, pero no todas estas personas la requieren por las
mismas condiciones o necesidades [22].
Por lo tanto, para el desarrollo del proyecto se contactó a la asociación ACONIÑO, quienes
son una entidad privada sin ánimo de lucro. Esta asociación fue fundada en el año 1990 con
el propósito de apoyar a familias con niños en condición de discapacidad entre 0 y 18 años.
Entre su campo de acción se encuentran niños con diagnósticos tales como parálisis cerebral,
retardo en desarrollo psicomotor, síndrome de West, hipotonía, entre otros que serán
definidos en el documento más adelante. Así mismo, la misión de ACONIÑO está
relacionada con los fundamentos que impulsaron el desarrollo de este proyecto. Esto es,
contribuir a la inclusión social, mejoramiento de calidad de vida y bienestar de las personas
con discapacidad a través de programas con enfoque especializado.
4. Objetivos
4.1 Objetivo general
Desarrollar un vehículo que cuente con un sistema de actuadores eléctrico que
permita llevarlo de una posición sedente a una posición bípeda y, además, que brinde
autonomía de movilidad a una persona en condición de discapacidad.
4.2 Objetivos específicos
• Diseñar un vehículo que permita a niños en condición de discapacidad o
movilidad restringida sobrepasar con facilidad obstáculos comunes en Bogotá
y que, al mismo tiempo, sea una herramienta de apoyo para el proceso
terapéutico en el que se encuentran actualmente. • Desarrollar un sistema que permita cambiar la posición del usuario
conservando la ergonomía necesaria para garantizar la seguridad e integridad
del usuario. • Construir un vehículo con materiales que permitan bajo peso, procesos de
manufactura adecuados para una posible producción en masa y que cumpla
con las normas establecidas por los organismos de salud
5. Investigación
Como se comentó anteriormente, el desarrollo del proyecto se realizó en la asociación
ACONIÑO, con el acompañamiento de la señora Berta Brunal, quien es la Directora General.
También, con las terapeutas profesionales Franci Carolina Rincón, quien se desempeña en el
área de terapia ocupacional y Mayra Plazas, quien es la encargada de la terapia física. De
igual forma, durante todo el proceso se mantuvo contacto con terapeutas que se desempeñan
en otras áreas, al igual que con los padres o familiares de los niños.
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5.1 Metodología
A lo largo de este proyecto, se realizaron diferentes visitas con el fin de tener un
acercamiento al ambiente donde interactúan los niños, sus diferentes necesidades y,
además, de la observación y análisis de las patologías seleccionadas para el desarrollo
del prototipo. Cada una de las visitas se realizó con un propósito diferente, por lo que
la duración de estas fue variable. En la Tabla 1 se puede apreciar el desglose de
fechas, de los propósitos y las actividades que se realizaron durante la visita.
Fecha Propósito
Febrero 16
Este es el primer día, por lo que el motivo es la presentación del estudiante,
presentación del proyecto y la solicitud de acompañamiento de la asociación. Para esto, se hizo una previa y breve explicación por teléfono, de la cual se concretó la cita
para la presentación.
Febrero
20
Se hizo la presentación del estudiante con el equipo de terapeutas con el cual se
desarrolló el proyecto. Adicionalmente, se realiza el primer acercamiento con el grupo de niños que estaban en turno.
Febrero
22
Acercamiento al segundo grupo de niños, recomendado por la terapeuta Mayra. Se
agrupa a ciertos niños con diagnósticos afines al proyecto, con los cuales se podrán trabajar los requerimientos de usuario.
Marzo 2 Definición de requerimientos principales y desarrollo del “House of Quality” (HOQ)
para el prototipo, actividad que se realizó junto con las terapeutas Franci y Mayra.
Marzo 15 Acotación y especificación de requerimientos para el desarrollo del prototipo. Se realiza validación de la matriz que se obtuvo en la visita de marzo 2
Marzo 22 Se realizan las mediciones de algunas partes del cuerpo que se van a ver involucrados
en el diseño del mecanismo
Mayo 17 Visita del equipo de la universidad a los padres de los niños con el fin de dar a conocer los proyectos que se van a realizar con ayuda de ellos y para recibir retroalimentación
acerca de los requerimientos especificados para el proyecto actual
Junio 25 Se realizan las pruebas del primer prototipo con niños que son capaces de responder
ante situaciones adversas, con el fin de obtener una retroalimentación de las terapeutas, pero también de los pacientes.
Junio 26
Junio 27
Tabla 1. Fecha, propósito y actividades de visitas.
5.2 Selección de niños
Esta selección se hizo con base en la restricción de edad que había sido establecida
al inicio del proyecto, también, junto con la ayuda de las terapeutas se
seleccionaron niños que presentaran condiciones de discapacidad similares, pues
en la asociación se tratan niños con toda índole de discapacidades. De igual modo,
la selección depende del grado de discapacidad o de cuan afectados están los niños
debido a su condición, ya que hay casos de niños que desarrollaron más control e
independencia, debido a que presentan grados más leves de las patologías,
mientras que otros están totalmente afectados por su patología. Por lo tanto, se
utilizará la clasificación GMFCS “Gross Motor Function Classification System”
por sus siglas en inglés, que se traduce en un sistema de clasificación de la función
motora gruesa que distingue 5 niveles, de los cuales, el nivel V corresponde a
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movilidad autónoma y control anti gravitatorio gravemente restringido, incluso
con uso de tecnología asistida. El nivel IV es tiene que ver con movilidad
autónoma limitada, los niños están en la capacidad de reptar, voltearse y
desarrollar gateo homólogo, sin embargo, requieren de dispositivos para mantener
el control del tronco y, para movimientos prolongados requieren asistencia o ser
transportados. El último nivel que se va a tener en cuenta es el III, donde requieren
dispositivos de ayudar para caminar, subir escaleras apoyados de barandillas, pero
no pueden transportarse largas distancias ni en terrenos desnivelados [2].
5.3 Marco teórico de patologías y sintomatología.
• Parálisis cerebral (PC): Grupo de alteraciones permanentes del movimiento
y la postura que limitan la actividad, debido a trastornos no progresivos
ocurridos durante el desarrollo cerebral del feto o del niño pequeño.[2]
• PC atáxica: Es un cuadro clínico de hipotonía e hiperextensibilidad articular,
como también poca estabilidad al intentar mantener el equilibrio. Esta
condición dificulta la sedestación, bipedestación y la marcha. Cuando la PC
atáxica lleva espasticidad, tienden a afectar a los grupos musculares a lo largo
del tiempo, favoreciendo el desarrollo de deformidades ortopédicas.[2]
• Mielitis transversa: Es el nombre que recibe una inflamación en médula
espinal, generando una interrupción entre las fibras nerviosas de la médula
espinal y el resto del cuerpo, pues se genera una destrucción de la mielina,
sustancia que aísla y cubre las fibras celulares nerviosas. Dependiendo de la
zona de la médula espinal en la que se produce la inflamación, se pueden
generar diferentes tipos de síntomas con diferentes periodos de duración.
Variando entre fuertes dolores de un día, hasta parálisis en miembros de forma
permanente. [9]
• Síndrome de supresión 1P36: Hace referencia a una anomalía cromosómica
caracterizada por rasgos dismórficos faciales distintivos, hipotonía, retraso en
el desarrollo, discapacidad intelectual, convulsiones, defectos cardiacos,
deficiencia en el crecimiento de aparición prenatal, entre otros. Generado por
la deleción parcial en heterocigosis de la parte distal del brazo corto del
cromosoma 1. [12]
• Síndrome de West: También llamado espasmos infantiles, es un tipo
específico de ataque que se puede observar en los síndromes epilépticos
infantiles. Se caracteriza por los espasmos, retraso psicomotor del niño y una
frecuencia particular de electroencefalografía (EEG) llamada como
hipsarritmia u ondas caóticas del cerebro. Los espasmos consisten en
contracciones repentinas del cuerpo con endurecimiento de los brazos y
piernas, se pueden presentar hasta 100 espasmos al tiempo. [9]
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• Síndrome de Sturge Weber: Conocido como la mancha de vino, es una
enfermedad congénita que afecta los vasos sanguíneos, en particular los de la
piel, los de los tejidos que recubren el cerebro y los vasos sanguíneos oculares.
Este trastorno produce convulsiones, debilidad en un lado del cuerpo,
discapacidad cognitiva, aumento de la presión sanguínea intraocular, entre
otros daños al sistema nervioso. [7]
En la Tabla 2 se encuentran los niños que fueron seleccionados y algunas de
sus patologías.
• Niño Edad Patología
Sofía Ovalle 6 Síndrome de Sturge Weber
Juan Pablo Garzón 7 Parálisis cerebral
Valery Sofía Bastidas 6 Síndrome de West
Andrés Felipe Gómez 9 Parálisis cerebral Atáxica
Michelle Ramos 10 Mielitis transversa
Luciana Rincón 6 Síndrome IP-36
Paula Niño 8 Parálisis Atáxica
Angie Daniela Castro 6 Hidrocefalia Tabla 2. Niños seleccionados y Patologías
5.4 Resultados de investigación
Luego de las primeras visitas realizadas a la asociación y del acompañamiento
por parte de las terapeutas, se realizó una matriz de requerimientos utilizando la
metodología llamada “Casa de la calidad” y teniendo en cuenta las patologías
presentadas anteriormente. Por lo tanto, se tuvo en cuenta algunos de sus
síntomas, principalmente los que competen al desarrollo motor y la movilidad de
los niños.
Para la construcción de la matriz, se solicitó a las terapeutas que indicaran los
requerimientos principales del usuario, los cuales también recibieron
retroalimentación de algunos acompañantes de los niños con los que se había
hablado previamente. Acto seguido, se establecieron las características
ingenieriles de las que iba a depender el diseño, estas se fueron agregando a
medida que surgieron requerimientos de usuario. Cuando ya estuvo construida la
matriz, se pidió la calificación de los requerimientos de usuario a la terapeuta, en
un rango de 1 a 5, siendo el nivel 1 lo menos importante y 5 lo más importante.
Luego, se procedió a relacionar los requerimientos con las características entre un
rango de 0 y 5, donde el nivel 0 corresponde a que no existe relación alguna y 5
a que están totalmente relacionadas las variables. Finalmente, se realizó una
clasificación de ranking, por parte de las terapeutas, enumerando cada
requerimiento para poder compararlos, analizar y concluir con respecto a los
pesos que se obtienen para cada característica ingenieril.
Entonces, lo que se desea hacer con este mecanismo es estimular el movimiento
en los niños, haciendo que pasen de una posición sedente a una bípeda (totalmente
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vertical) a través de un movimiento totalmente guiado y controlado. Este
movimiento se estipuló para ser por medio de un actuador eléctrico portable para
que no sea necesario estar cerca algún tomacorriente y, con esto, se asegura su
versatilidad. El mecanismo debe tener algunos efectos en el bienestar del niño
como la prevención de cuadros de osteoporosis a temprana edad, incrementar el
flujo sanguíneo y disminuir la hipotonía en los miembros inferiores.
Adicionalmente, el mecanismo también debe ser útil para transportar a los niños
y que les permita tener una mayor integración con sus actividades de la vida
diaria.
En la Tabla 3 se puede observar el desglose de niveles de importancia que se
utilizó para alimentar la matriz que se le presentó a las terapeutas para realizar la
calificación. De igual forma, se muestran los criterios de relación utilizados para
indicar el vínculo entre los requerimientos de usuario y las características
ingenieriles.
Requerimientos de Usuario Características Ingenieriles
Nivel Grado Importancia Nivel Relación
1 Nada Importante 0 No hay relación
2 Poco Importante 1 Poca relación
3 Importancia Neutra 2 Podría existir alguna relación
4 Alta Importancia 3 Relacionados parcialmente
5 Más Importante 4 Relacionados
5 Totalmente relacionados
Tabla 3. Calificaciones de la Matriz
En la Tabla 4 se puede observar la construcción de la matriz, mientras que en la
Tabla 5 se observa los resultados obtenidos de manera organizada.
13
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e
1 5 Seguridad de uso 5 5 3 2 0 0 0 0 2 5
8 4 Grados de Inclinación
(libertad) 4 5 2 0 0 0 0 2 4 3
13 3 Precio 3 3 0 4 2 2 2 5 3 1
3 3 Tamaño 3 1 0 5 5 5 5 4 3 0
10 4 Masa 0 3 0 0 4 4 5 4 0 0
12 2 Fácil Higiene 0 0 0 4 0 0 0 4 0 2
9 4 Interfaz estimulante 0 0 0 2 0 0 0 5 3 0
11 3 Facilidad de carga
(eléctrica) 5 0 3 0 0 0 2 4 4 0
2 5 Facilidad de uso 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0
4 5 Ergonomía 0 0 0 2 4 4 4 3 0 5
5 4 Ajuste a tamaños 0 5 0 3 5 5 3 1 0 5
6 4 Adaptabilidad Accesorios 0 3 0 5 3 3 3 4 0 0
7 4 Alcance en su uso en la
ciudad. 0 0 0 1 4 4 4 0 0 0
14 1
Tiempo recomendado de
uso
(tolerancia Paciente)
4 4 0 0 0 0 0 0 0 0
Peso de Variable 78 105 32 124 105 105 107 126 68 89
Peso Relativo 8
%
11
%
3
%
13
%
11
%
11
%
11
%
13
%
7
%
9
%
Posición 4 2 6 1 2 2 2 1 5 3
Tabla 4. Casa de la calidad
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Resultados
Terapeuta Ranking Valoración ingenieril Ranking
Seguridad de uso 1 Adaptabilidad de Accesorios 1
Facilidad de uso 2 Precio
Tamaño 3 Ancho
2 Ergonomía 4 Largo
Ajuste a tamaños 5 Masa
Adaptabilidad Accesorios 6 Fuerza [Actuadores]
Alcance de uso en la ciudad 7 Resistencia de Ajustes 3
Grados de inclinación 8 Rapidez de carga 4
Interfaz Estimulante 9 Autonomía batería 5
Masa 10
Facilidad de Carga [Batería] 11
Facilidad de Higiene 12
Precio 13
Tiempo recomendado de uso 14
Tabla 5. Resultados obtenidos
5.5 Conclusiones de investigación
Los resultados para los requerimientos de usuario generan una relación con las
características ingenieriles, entonces, es así como se asignan los grados de
prioridad para cada característica ingenieril en el diseño del mecanismo.
Es importante ver que, para las terapeutas según la Tabla 5, el factor más
importante del prototipo debe ser la seguridad de uso, seguido de la facilidad y el
tamaño. Pues el usuario, en este caso los niños, no van a tener capacidad de
reacción o de respuesta ante algún tipo de acontecimiento inesperado como una
caída, punzonamiento, pellizco o cualquier otro tipo de lesión causada por
elementos móviles, por lo que se necesita que el mecanismo les brinde toda la
seguridad durante el movimiento al igual que cuando se encuentra en las
posiciones de reposo. Adicional a esto, la seguridad de uso también se brinda a
través de la selección de un actuador que sea capaz de realizar el movimiento de
manera continua sin que se vaya a trabar en una posición no deseada.
Por el lado de la facilidad de uso, es importante que sea un mecanismo que no
requiera de grandes habilidades para activar su funcionamiento, pues se busca que
sean los niños los que lo activen, por lo que se debe tener en cuenta todas las
condiciones especiales en cuanto al nivel cognitivo que tienen ellos.
Al relacionar esto con el precio, es posible concluir que para este tipo de
prototipos es primordial asegurar un funcionamiento seguro, en una máquina
compacta y versátil sin importar los costos extras que esto pueda generar. Es algo
15
pertinente, pues como se observa en los resultados ingenieriles esos
requerimientos generan que el precio sea un factor que juega un rol muy
importante.
De igual forma, hay factores que no son primordiales para el desarrollo del
prototipo, como lo son el tiempo de uso, facilidad de carga de la batería, higiene,
entre otros. Ya que son factores que se pueden controlar más fácilmente por las
terapeutas. Por lo que se puede usar componentes que no eleven el costo de
manufactura del prototipo y de un rendimiento adecuado para lo que se desea
hacer y así lograr equilibrar la funcionalidad con un precio que se asequible.
Es preciso mencionar también que hay factores que, a pesar de ser medianamente
importantes según el resultado, se salen del alcance del proyecto, pero que podrían
ser implementados para mejorar el proceso terapéutico y la experiencia del
usuario al momento de estar en el mecanismo. Estos son la adaptabilidad de
accesorios y una interfaz interactiva, pues serían artefactos que ayudarían a
mejorar el desarrollo cognitivo de los niños y también les permitiría realizar otras
actividades de terapia en el mecanismo.
6. Estado del arte
Los primeros registros de sistemas de movilidad con ruedas para personas datan del año 525
A.C, en un antiguo grabado chino donde se observa una especie de silla con 3 ruedas,
impulsado por terceros. Sin embargo, la aparición histórica más importante de lo que es una
silla de ruedas, data del año 1595, aparición que corresponde a un boceto del rey español
Felipe II. Otra aparición, ya con el uso medicinal que tiene hoy en día este tipo de sillas, data
del año 1665, el cual corresponde a una de las primeras sillas auto-propulsables, creada por
el alemán Stephen Farfler, quien tenía paraplejia. Este diseño se asemeja a lo que hoy en día
se conoce como “Handbike”. De este punto en adelante, el concepto no cambia, pero sí se
realizan más avances tecnológicos que sirven para suplir necesidades y requerimientos que
van surgiendo a medida que su uso y popularidad aumentan. Por ejemplo, cuando se creó el
automóvil, surgió la necesidad de hacer las sillas más compactas, con el fin de poderlas llevar
dentro, luego, surge la idea de volverlas plegables, y así con cada necesidad que va surgiendo
con el paso del tiempo.
Hoy en día, existen 2 categorías generales de sillas de ruedas, las de autopropulsión y las de
propulsión eléctrica. Para este proyecto, el enfoque principal va a ser las sillas de tracción o
propulsión eléctrica, sin embargo, este enfoque es un punto de partida o de referencia, pues
lo esperado con este proyecto es obtener un producto con especificaciones diferentes.
Como subdivisión de los vehículos de tracción eléctrica están las Scooter, las sillas,
plataformas móviles (Robotic Mobility Device), artefactos de alta tecnología que presentan
un alto costo, y que no representan una mejoría en la calidad de vida para las personas que
16
pudieran adquirirlo en Colombia. Debido a que su mercado objetivo se encuentra en países
con diferentes condiciones socio-estructurales de las de nuestro país.
6.1 Trabajos previos
En la Universidad de los Andes se han realizado diferentes proyectos enfocados
en el desarrollo de sistema de apoyo para personas con discapacidad,
específicamente al mejoramiento de las sillas de ruedas. Se han realizado trabajos
como “Modelaje y diseño de un control de acompañamiento para una silla de
ruedas” (Quintero Torres A. , 2009) con el fin de mejorar la experiencia de
personas con discapacidad visual al momento de utilizar este sistema de apoyo.
También, más enfocado hacia la temática de niños con cuadros de PC, se han
realizado trabajos como “Diseño de un sistema de juego-aprendizaje para la silla
de ruedas de asistencia a niños con parálisis cerebral” (Sánchez Hernández, 2006)
en el cual se buscada crear una interfaz interactiva que permitiera el desarrollo
cognitivo de los niños mientras se encontraban en la silla de ruedas. Finalmente,
el trabajo previo que está más relacionado con el actual es “Evaluación y rediseño
de sillas de ruedas para niños con parálisis cerebral” (Calle Rúa & Rojas Rojas,
1999) trabajó que consistió en evaluar algunos criterios de seguridad de un diseño
previo realizado en la universidad y realizar las mejoras para poder cumplir los
requerimientos de seguridad de las normas NTC4265 y NTC4268, este trabajo es
enfocado a la seguridad en las sujeciones y de postura para pacientes pediátricos
con PC. Debido a esto, es el trabajo previo que más se acerca a la temática del
actual y ayuda a conocer algunos aspectos de posturas que resultan importantes
para el desarrollo del presente trabajo.
7. Diseño
Para el diseño de componentes del mecanismo se siguieron los lineamientos de la norma
mencionada anteriormente: la ISO 7671, NTC 4265 y NTC4268. Adicionalmente, se
tuvieron en cuenta las recomendaciones que da la guía de la OMS para el diseño,
construcción y distribución de sillas de ruedas “Pautas para el suministro de sillas de ruedas
manuales en entornos de menores recursos” (World Health Organization, 2008). Sin
embargo, es preciso mencionar que el fin último de este mecanismo es diferente al de una
silla de ruedas convencional y, además, se cuenta con un presupuesto limitado. Por lo tanto,
hay componentes que no están diseñados como lo sugiere la guía o que han sido
reemplazados por elementos que resulten de más fácil acceso. En la Ilustración 1 se puede
observar un esquemático de lo que es deseable para este tipo de sistemas, siendo la de apoyo
postural la más relacionada con el tipo sistema final al que se desea llegar.
17
Ilustración 1. Silla de ruedas para usuario temporal, permanente, y con apoyo postural, de izquierda a
derecha respectivamente. Tomado de “Pautas para el suministro de sillas de ruedas manuales en entornos
de menos recursos” [14].
7.1 Diseño de Mecanismo
Para que el mecanismo realice el movimiento deseado se utilizó un proceso de
diseño de sistemas dinámicos llamado síntesis gráfica. Este consiste en ubicar
eslabones o piezas móviles de un mecanismo en las diferentes posiciones por las
cuales se desea que pase, con el fin de obtener los elementos de unión y las
dimensiones para lograr la dinámica deseada. Es un proceso bastante simple, pues
permite diseñar en solo 2 dimensiones el movimiento de un objeto. Para este caso,
la síntesis gráfica solo tenía dos posiciones, la inicial que correspondía al estado
sedente y la final que era la posición bípeda o erguida. Por lo anterior, el
mecanismo contaba con dos elementos críticos, la base del asiento y el espaldar,
de esta manera, cualquier otro elemento o pieza que se necesitara para generar las
uniones, podía ser seleccionado con base en el criterio del diseñador. En este caso
puntual, se estableció a criterio del diseñador el eslabón que serviría de vínculo
entre el actuador y el espaldar del mecanismo, tomando como referencia el
mecanismo utilizado en las talanqueras de los parqueaderos, puesto que realizan
el mismo movimiento deseado en la silla. El elemento en cuestión se encuentra
en la Tabla 6. Secuencia Síntesis GráficaTabla 6, identificado con la letra A, que está
siendo señalado por la flecha.
A continuación, en la Tabla 6 se puede ver la secuencia de posiciones y el
resultado de la síntesis en la imagen de la derecha. La barra que transmite la fuerza
al espaldar es el elemento señalado con la flecha, cuyo nombre asignado es la letra
A, esta pieza se encuentra siempre a 75° con respecto a la horizontal y tiene una
longitud de 180 𝑚𝑚, es preciso indicar que estas fueron las medidas
seleccionados con base en el ejemplo de la talanquera mencionado anteriormente.
Todas las dimensiones en las cotas ilustradas en la tabla se encuentran en 𝑚𝑚.
18
Síntesis Gráfica de dos posiciones
Posición Inicial - Sedente Posición Final – Bípeda Resultado
Tabla 6. Secuencia Síntesis Gráfica
De esta forma, en el recuadro de la derecha muestra el resultado que ilustra la
posición y longitud a la que se debe ubicar el eslabón que va a unir el soporte de
las piernas con el eslabón A y el espaldar de la silla, es preciso mencionar que,
para facilidad de entendimiento, el soporte de las piernas es tomado como un
anclaje fijo, también llamado tierra. Para tener una mejor noción de lo que debe
hacer el mecanismo y de las medidas obtenidas, se realizó una maqueta a escala
de 1:4. Esta maqueta también sirvió para mostrar a las personas de ACONIÑO el
funcionamiento grosso modo del mecanismo y corroborar que las posiciones son
las adecuadas para el uso terapéutico del sistema. Por lo tanto, el resultado final
de esta etapa de diseño fue obtener las medidas y las ubicaciones de los
componentes que garantizarían el movimiento deseado, como se puede ver en el
último recuadro de la Tabla 6.
A
B
19
7.2 Selección de Componentes
7.2.1 Estructura
El criterio de diseño que se utilizó para la estructura fue que la deflexión máxima
en el punto B de la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. donde i
ba a estar soportado todo el peso no excediera 0,5 𝑐𝑚, para cumplir este
requerimiento era necesario utilizar un tubo de 2 in de diámetro nominal de pared
gruesa 2,7 mm de espesor. Sin embargo, las dimensiones de ese tubo eran
exageradas para una estructura tan pequeña, por lo que se decidió utilizar un tubo
de 1 in de diámetro, con espesor de pared de 2,2 𝑚𝑚. Con esta selección la
deflexión que se obtiene con una carga de 176,5 𝑁 es de 9,97 𝑚𝑚 como se puede
observar en la Ilustración 3 . Por consiguiente, para cumplir con el criterio
establecido se deciden ubicar barras cruzadas que den mayor soporte a la
estructura. Finalmente, en la Ilustración 4 se puede observar un modelo CAD de
la propuesta para el diseño de la estructura de la silla.
Ilustración 2. Simulación estática de la
estructura
Ilustración 3. Resultados simulación estática
20
Ilustración 4. Modelo CAD de la estructura propuesta
7.2.2 Actuador
Para seleccionar el actuador requerido por el sistema, se realizó una simulación
dinámica en Inventor con un esquema del funcionamiento que se obtiene a partir
de la síntesis gráfica y con una carga aproximada de 30 kg, que es la máxima
carga con la que se va a trabajar. Cabe resaltar que el niño con mayor masa es
Andrés Felipe Gómez y pesa 21 kg, la masa remanente es la que se deja para el
peso que van a tener los componentes que van a ser movidos más la fracción que
se puede perder por fricción en el sistema. Por lo tanto, la carga utilizada para la
simulación es de 360 N que se ubica en la mitad de la longitud del asiento y debido
a restricciones en el software utilizado, se debe simular como si el actuador fuera
un motorreductor en la unión A y el asiento de la silla fuera la palanca de
movimiento. Este esquema se puede observar en la Ilustración 5, mientras que
los resultados obtenidos se reportan en la Figura 1. Como se puede observar, la
carga máxima se da en el instante donde el motor debe empezar el movimiento y,
por lo tanto, debe vencer la inercia, para este caso el momento par o el trabajo
realizado por el motor es de aproximadamente 62 𝑁𝑚. Debido a que los
motorreductores con esta capacidad son de tamaños muy grandes, es preciso
utilizar un sustituto apropiado como un actuador lineal, ya que al unirlo de manera
perpendicular al eslabón B (ver Tabla 6) y accionarlo, se puede cambiar el
momento par obtenido en la simulación, por una carga lineal en Newtons (𝑁), lo
que a su vez es traducible en kilogramos, permitiendo la selección de un actuador,
teniendo en cuenta el peso máximo estipulado previamente.
21
Debido a que el actuador se ubicará en el eslabón B (ver Tabla 6) la carga en
este puede variar dependiendo de su posición con respecto al pivote, que en este
caso se ubica en la unión A, como se observa en la Ilustración 5. Por lo tanto,
para poder evaluar todas las posibles ubicaciones y las cargas que se generan
dependiendo de esto, resultó más eficiente realizar una serie de iteraciones en
Excel con variaciones de distancia de 𝑥 + 0,01 [𝑐𝑚] para encontrar el actuador
que se adecúe mejor al sistema en cuanto a capacidad de carga y carrera. Una vez
se obtuvieron los resultados, fue necesario identificar los proveedores de la
Universidad de los Andes que pudieran ofrecer una variedad de actuadores
lineales, razón por la cual se identificó la compañía Firgelli Automotions. Al
revisar el catálogo de la compañía, se encontraron solo 3 opciones disponibles:
35𝑙𝑏, 150 𝑙𝑏, 200𝑙𝑏. Sin embargo, debido a la poca capacidad, el de 35 𝑙𝑏 debió
ser descartado inmediatamente. Ahora bien, los restantes tenían la ventaja de que
su recorrido, esto es el movimiento de la pieza móvil, podían ser seleccionados
en una amplia gama. No obstante, el actuador de mayor capacidad (200 𝑙𝑏)
contaba con la desventaja de que su tamaño de fábrica era mayor que el de 150 𝑙𝑏.
Por lo tanto, el actuador que resultó ser más conveniente fue el de Firgelli
Automotions de referencia FA-150-S-12-9", que tiene una capacidad de carga de
hasta 150 Lb (68 kg) y una carrera de 9 in (22,86 cm). Este actuador representó
la mejor opción pues al ser posicionado a 18 𝑐𝑚 de distancia de la unión A ( ver
Ilustración 5) sobre el eslabón B brinda un factor de seguridad de 1.96, valor que
se obtiene de la razón entre la fuerza máxima que puede ejercer el actuador y la
fuerza que debe ejercer en esta distancia para vencer la inercia y mover el
mecanismo. Además, como se mencionó anteriormente, este actuador era más
compacto, lo que facilita su ubicación en la parte inferior del mecanismo.
Ilustración 5. Estructura utilizada para la
simulación dinámica
Figura 1. Resultados obtenidos de la simulación
dinámica
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80
Torq
ue
[N m
]
Tiempo [s]
Carga del motor en punto A
A
-360 N
B
22
Para poder brindarle a las terapeutas la posibilidad de variar la velocidad del
movimiento, con el fin de evitar que los pacientes vayan a sufrir de vértigo o
miedo al movimiento se selecciona junto con el motor un controlador de señal y
pulso (PWM por sus siglas en inglés) de 12 V para motores de corriente directa,
el cual permite variar el voltaje de entrada al motor por medio de un
potenciómetro y, adicionalmente, permite invertir la polaridad del motor sin tener
que realizar desconexiones, facilitando al usuario controlar el movimiento del
motor hacia cualquier lado. En la Ilustración 6 y en la Ilustración 7 se pueden
observar los componentes que fueron utilizados para el sistema de movimiento
del prototipo. Es pertinente mencionar que la batería seleccionada es una
convencional de 12V y 9Ah, lo que le brinda al sistema una autonomía de
aproximadamente 15 horas de estar funcionando intermitentemente, es decir,
realizando un ciclo de posición sedente-bípeda-sedente y apagando el sistema. Ya
que, el máximo tiempo de uso del motor, subiendo y bajando de forma seguida,
es de 15 a 20 minutos dependiendo de la carga.
Ilustración 6. Motor Seleccionado de referencia
FA-150-S-12-9"
Ilustración 7. Controlador PWM
7.2.3 Otros
Para la manufactura de los otros componentes, por facilidad de
manufactura se trabajó en aluminio y madera de arce, pues así se garantiza
un bajo peso y la posibilidad de hacer uniones fijas de manera apropiada.
El único inconveniente que se presenta al utilizar estos materiales es que
las soldaduras deben ser realizadas por personas con una debida
capacitación, debido a su complejidad. Pensando en la comodidad del
usuario, se selecciona una silla ya fabricada en poliestireno de alta
densidad, cuyo uso es para el transporte seguro en automóviles, pero
puede ser adaptada para la finalidad de este proyecto. De igual forma, se
utilizan rodachines comerciales con freno de 4 𝑖𝑛 que se utilizan para dar
la dirección y ruedas de 16 in de bicicleta que se encontraban en la
universidad. Esto con el fin de utilizar la mayor cantidad de componentes
comerciales para facilitar su reproducción. En la Ilustración 8 se puede
23
observar la silla que se va a adaptar al sistema y, en la Ilustración 9 están
unos rodachines similares a los utilizados en el prototipo.
Ilustración 8. Silla para automóviles de niños
utilizada
Ilustración 9. Rodachines industriales con freno
8. Prototipo
El prototipo al que se llega finalmente después del proceso de manufactura se presenta a
continuación en la Ilustración 10, todos los elementos de seguridad que deben ser utilizados
al momento de probar con pacientes son ubicados dependiendo del tipo de discapacidad de
cada uno, es por eso por lo que no es posible observarlos en la ilustración. Es preciso
mencionar que en la ilustración el prototipo se encuentra en la posición sedente.
Adicionalmente, el prototipo cuenta con una base para pies que es graduable, lo que permite
que se pueda usar en pacientes de diferentes estaturas, esta base tiene una carrera de 18 cm.
Debido a lo anteriormente comentado, la silla es apta para el uso de diferentes pacientes pues
todos los ajustes son graduables. Las dimensiones generales del prototipo son,
𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜: 40 𝑐𝑚 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜: 62 𝑐𝑚 𝑎𝑙𝑡𝑜: 98 𝑐𝑚. Finalmente, la silla obtiene la clasificación 1-
1-0-2-1, según la norma NTC4268 y la explicación de esta clasificación es posible
encontrarla en el Anexos.
24
Ilustración 10. Prototipo de Bipedestador Eléctrico
9. Pruebas
Debido al propósito con cual se construyó el prototipo, fue necesario realizar pruebas de
funcionamiento primero con una persona que fuera capaz de indicar cualquier tipo de
anomalía en los ajustes o en los apoyos y, a su vez, que también estuviera en capacidad de
reaccionar ante cualquier situación imprevista. Para esto se le pidió la ayuda a Jose Manuel
Herrera Pedraza, que se encuentra en los rangos estipulados de diseño, tiene 10 años, su
estatura es 1,30 𝑚 y pesa 28 𝑘𝑔. Con esta persona se realizaron tres pruebas diferentes, entre
las cuales dos eran estáticas y una era dinámica.
La primera prueba estática consistió en ubicar al sujeto en la silla en la posición sedente
durante 40 minutos para poder evaluar aspectos como la comodidad y verificar la existencia
de puntos de presión en la silla y en el espaldar. Para esta prueba no se utilizaron ningún tipo
25
de ajustes de seguridad, pues se quería enfocar el análisis hacia el sistema. La segunda prueba
estática consistió en ubicar al sujeto sobre el apoya pies para verificar la resistencia de los
elementos que iban a soportar toda la carga, para esta prueba se lleva la silla a la posición
bípeda sin carga. El ejemplo de ambas pruebas se puede observar en la Ilustración 11 e
Ilustración 12 para sedente y bípeda, respectivamente.
Ilustración 11. Prueba estática en posición
sedente
Ilustración 12. Prueba estática en posición
bípeda
Seguido a esto, se realizó la prueba dinámica para verificar el funcionamiento del prototipo
con la carga del sujeto. Para esta prueba sí se utilizó un ajuste de seguridad a nivel torácico,
sin embargo, cabe resaltar que el comportamiento del prototipo es totalmente diferente
cuando se prueba en un sujeto que cuenta con un control total de sus miembros inferiores.
No obstante, estas pruebas se realizaron con el fin de hacer correcciones menores al prototipo
con el fin de asegurar que los pacientes de la fundación iban a estar seguros durante el
funcionamiento.
Luego de verificar que el prototipo es capaz de cambiar de posición con una persona, se
procede a realizar su validación en ACONIÑO. Por sugerencia de la terapeuta física Mayra
Plazas, se citó a los niños Andrés Felipe Gómez de 9 años, 21 𝑘𝑔 y 1,15 𝑚 de estatura, que
sufre de parálisis atáxica y a Michelle Ramos de 10 años, 18 𝑘𝑔 y 1,18 𝑚 de estatura que
tiene mielitis transversa. La selección de estos niños se hace debido a que son los más grandes
26
y, en el caso de Andrés existe un leve nivel de control resistencia en las piernas, mientras
que, en el caso de Michelle no hay control de sus miembros inferiores pero sus capacidades
cognitivas son normales, por lo que ella puede dar una mejor retroalimentación del
mecanismo.
También, es debido a estas diferencias por lo que se puede observar en la Ilustración 13 que
el paciente Andrés cuenta con menos sujeciones de seguridad que Michelle en la Ilustración
14, pues esta última requiere de sujeciones de rodillas para evitar un movimiento inesperado
de sus piernas.
Ilustración 13. Paciente Andrés Felipe en prueba
dinámica
Ilustración 14. Paciente Michelle en prueba
dinámica
10. Análisis
10.1 Análisis funcional y análisis terapéutico.
Luego de realizar las pruebas con los tres niños hay unos puntos en común que se
pueden observar. Para comenzar, al momento que se monta el primer sujeto, Jose
Manuel, comenta que la silla se siente inestable cuando se realizan movimientos hacia
los lados, pero que en general la silla es bastante confortable. Esto se corrobora al
27
pasar los 40 minutos de estar sentado y no presenta signos de cansancio por algún
punto de presión ni hay signos de calambres en sus miembros que están apoyados.
Sin embargo, se evidencia una leve deflexión en los ejes de las llantas delanteras, los
cuales están hechos de aluminio. Al momento de activar el mecanismo, no se
escuchan ruidos de elementos que estén en contacto con otros o trabados, el
movimiento se logra llevar de manera adecuada con el controlador y es posible
graduar la velocidad como se desea. En el momento que se lleva a la posición bípeda
y todo el peso descansa sobre el apoya pies, fue posible observar como el riel del
apoya pies se flecta hacía adentro, por lo que para utilizar el mecanismo es necesario
ubicar un bloque por debajo para brindar un apoyo extra como el que se muestra en
la Ilustración 15 . Adicional a esto, el centro de masa del sistema con el niño se
corre hacia adelante, por lo que si no se mantiene la silla tiende a voltearse hacia
adelante, pero con el soporte en la parte inferior del apoya pies es posible corregir
este problema, lo que brinda seguridad al momento de realizar las pruebas.
Ilustración 15. Apoyo en soporte de pies
Al realizar las pruebas en la fundación, se ubicó un bloque de madera en la parte
inferior del apoya pies para poder utilizar el mecanismo de manera segura. Para el
primer paciente, Andrés Felipe, se utiliza el cinturón torácico, y las tobilleras
ortopédicas para ajustar las canillas. Al momento de sentarse, las terapeutas notan
que la silla no se encuentra en una posición totalmente horizontal, esto genera un
riesgo de deslizamiento en los pacientes y, además, hace que la posición de la espalda
no sea la más adecuada. Al ubicar los elementos de seguridad con un buen ajuste se
28
disminuye el riesgo. Al momento de accionar el mecanismo el paciente se asusta, lo
que indica que la velocidad del actuador estaba muy alta, por lo que se recomienda
activar el mecanismo siempre en la velocidad más baja posible, para que el cambio
en la posición se dé de manera lenta y el paciente tenga la posibilidad de adaptarse.
Cuando el mecanismo llega a la posición bípeda es posible notar que el ajuste torácico
no es el más adecuado para este paciente, pues debido a su condición atáxica, el
paciente tiende a encorvarse hacia a adelante, generando que la columna se encuentra
en una mala posición. Para este caso, lo recomendado por las terapeutas es que el
ajuste sea un pechero en mariposa, como el que se observa en la Ilustración 16, que
va a generar que el paciente esté siempre pegado al espaldar con un apoyo alto,
generando una corrección en su postura lumbar.
Ilustración 16. Pechero estilo mariposa
La segunda paciente, Michelle, que presenta mielitis transversa presenta una mejor
respuesta ante el ajuste torácico, pues ella tiene control del tronco, sin embargo, como
el control de sus miembros inferiores es nulo, para ella deben haber otro tipo de
ajustes a nivel de la rodilla como se puede observar en la Ilustración 14, que no se
habían tenido en cuenta para el diseño del primer prototipo. Estos ajustes y los de las
canillas, permiten que las piernas puedan ponerse en una posición totalmente vertical.
Al igual que Jose Manuel, Michelle indica que la silla no tiene puntos de presión en
la espalda que le tallen y, además, que los ajustes torácicos son suaves y no la lastiman
durante la transición de posiciones, ni cuando se encuentra en la posición bípeda.
Existen otros factores que impiden que este prototipo pueda ser utilizado como una
ayuda para la terapia de los niños, la terapeuta Mayra Plazas indica que debido al
desalineamiento que hay entre la silla y los soportes de las pantorrillas no existe el
apoyo suficiente para las piernas durante el movimiento del mecanismo, entonces las
piernas de los pacientes pueden sufrir movimientos no controlados que pueden
generar lesiones, por lo cual durante las pruebas se utilizaron almohadillas para
agregar soporte, esto se puede observar en la Ilustración 14 y se señalan dentro del
círculo de color rojo. Para mayor claridad, en la Ilustración 17 se realiza un
acercamiento para que se observe la labor que cumplen las almohadillas debido al
desfase que existe entre los soportes de las piernas y la silla. Adicionalmente, la
29
terapeuta indica que la posición final sobrepasa la línea vertical, por lo que se genera
una mala postura en la columna en el momento que el mecanismo se encuentra en la
posición bípeda. Esto se puede ver señalado por la línea amarilla en la Ilustración 18
donde la posición de las piernas, cadera y torso no están alineadas. En este caso, la
terapeuta hace la aclaración de que es mejor que la posición no sea totalmente recta,
sino que puede estar un poco inclinada hacia atrás, para que la cabeza pueda descansar
un poco. Adicionalmente, para dar una mejor posición es necesario implementar un
separador de piernas en el asiento, pues se debe evitar que los muslos se junten.
Ilustración 17. Almohadillas utilizadas para asegurar las piernas de los niños
30
Ilustración 18. Desajuste lineal en el cuerpo del paciente
Para ambos casos es muy bueno que los ajustes a la silla sean ajustables en diferentes
posiciones y que no estén fijos, pues esto permite que se puedan adaptar más
fácilmente a las diferentes necesidades y tamaños de los pacientes, sin embargo, como
se mencionó anteriormente, es pertinente utilizar otros sistemas de seguridad que
ajusten de mejor forma las partes del cuerpo de los pacientes a la silla. También, es
muy bueno que el sistema permita graduar la velocidad de movimiento y la capacidad
de parar en cualquier posición intermedia, pues les permite a las terapeutas trabajar
31
diferentes partes del cuerpo o realizar diferentes actividades sin asustar a los
pacientes.
10.2 Estructural
A nivel estructural, tiene un chasis robusto, que no presenta grandes deflexiones en
el momento que se somete a la carga y que cuando está en movimiento no presenta
vibraciones. De igual forma, presenta las medidas adecuadas para el tipo de usuarios
para el cual fue diseñado. Sin embargo, como se comentó anteriormente, cuando el
paciente se encuentra en la posición bípeda, el riel que sostiene el apoya pies supera
el límite de fluencia debido al peso del paciente y se deforma, a pesar de que tiene un
alma interior de material macizo. De igual forma, cuando todo el peso estaba
recargado sobre el apoya pies, los ejes de las ruedas delanteras presentaban una
deflexión, haciendo que las ruedas se inclinaran y rozaran con el chasis.
Al finalizar todas las pruebas y revisar la silla, es notorio como las bisagras empiezan
a dañar la silla de polietileno, pues se encontraban en posición vertical, cuando
deberían estar totalmente alineadas con la posición en la que se encuentra la silla,
como se observa en la Ilustración 19. Por lo que se debe encontrar una manera de
realizar un mejor ajuste entre estos dos componentes o cambiar alguno de estos para
poder tener un sistema más confiable.
Ilustración 19. Bisagras desalineadas con respecto a la silla
El sistema de freno en los rodachines es suficiente para mantener la silla en una
posición estacionaria durante el mecanismo, sin embargo, es pertinente realizar una
evaluación de su utilidad en superficies con algún grado de pendiente o que el terreno
sea rugoso, pues no todas las superficies donde se va a utilizar la silla presentan el
mismo coeficiente de fricción que el piso de la fundación.
En la Ilustración 20 se puede observar el prototipo y con flechas amarillas se señalan
los componentes y ajustes que presentan oportunidades de mejora para poder entregar
un mecanismo totalmente funcional y seguro para el uso en la fundación.
32
Ilustración 20. Ubicación de los componentes que se deben tener en cuenta
11. Conclusiones
Se realiza con éxito un sistema de apoyo que permite llevar una persona de una posición
sedente a una bípeda y que a su vez le brinda la opción de movilizarse de forma segura por
la ciudad. Es posible cambiar la posición del usuario de manera segura, pero no se logra
conservar la ergonomía adecuada, presenta algunas limitaciones para ser utilizado como una
herramienta terapéutica.
Los materiales seleccionados para la construcción del prototipo permiten su fácil
reproducción, pues son comercialmente asequibles, de buenas prestaciones y no requieren de
procesos de manufactura especializados. El prototipo permite un fácil desmonte de piezas
para realizar las respectivas mejoras o para el mantenimiento.
El aluminio es un material liviano y permite que el prototipo en general tenga un bajo peso,
no obstante, hay algunos componentes que es mejor realizar en otros materiales más
resistentes para garantizar una buena estabilidad y un buen desempeño al momento de
accionar el mecanismo.
La versatilidad en los ajustes y el práctico sistema de control y el tamaño permiten que este
prototipo sea un potencial diseño de un sistema de movilidad y de apoyo terapéutico, sin
embargo, es pertinente realizar las respectivas mejoras para poder seguir realizando pruebas
con pacientes más pequeños y también con los que presentan patologías más delicadas.
33
12. Recomendaciones
Para poder utilizar el sistema de manera más adecuada, es pertinente realizar las adecuaciones
que permitan corregir la deflexión del riel. También, adecuar un sistema que permita
mantener la silla estable cuando se cambia el centro de masa al pasar de la posición sedente
a la bípeda.
Es importante siempre tener en cuenta que los ajustes torácicos deben ir ajustados al espaldar
de la silla únicamente, ya que esta es la pieza móvil, pues al momento de accionar el
mecanismo, el espaldar guía el movimiento, mientras que la estructura queda quieta, por lo
tanto, si se hace algún ajuste a la estructura fija, al accionar el mecanismo aumentan las
probabilidades de lesiones físicas como pellizcos o riesgo de ahorcamiento y asfixia.
Con relación a lo anterior, es imprescindible que al momento de realizar pruebas sobre
pacientes siempre se cuente con la asistencia de un estudiante, de los padres del paciente y
de la terapeuta encargada, esto con el fin de tener la capacidad de reaccionar ante cualquier
imprevisto, darle un buen manejo a la silla y poder monitorear el comportamiento del
paciente.
Evaluar con las terapeutas la posibilidad de implementar el sistema de control en la parte
superior, al alcance de los niños, para que ellos puedan activar el mecanismo de manera
autónoma cuando deseen cambiar de posición.
Algunas consideraciones de diseño para tener en cuenta dadas por los padres es que el sistema
debe tener protección para la lluvia, pues muchas veces cuando llueve deben llevar sombrilla
y, al mismo tiempo, empujar este tipo de vehículos. También, un espacio para adaptar
accesorios como mesas para comer o hacer actividades, debido a que como los niños van a
estar sujetos a la silla por seguridad, resulta más práctico que en la silla puedan realizar sus
actividades rutinarias.
Verificar la estabilidad estática y dinámica de la silla según la norma ISO7176, para poder
evaluar de una forma más pertinente su alcance para el uso en una ciudad como Bogotá.
13. Bibliografía y Referencias
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[15] Norma Técnica Colombiana. (1997). Sillas de Ruedas. Clasificación por tipo con base en
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[16] PDM . (01 de 11 de 2019). ¿Qué es la bipedestación? Obtenido de PDM. Mobility Store:
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[18] Revista Chilena de Pediatría. (04 de Diciembre de 2015). ScienceDirect. Recuperado el 04 de
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35
[19] Wheelchair Beyond Limits. (3 de Abril de 2013). Wheelchair Beyond Limits. Obtenido de
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[20] World Health Organization. (2008). Pautas para el suministro de sillas de ruedas manuales en
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[21] World Health Organization. (2008). Pautas para el suministro de sillas de ruedas manuales en
entornos de menos recursos. Ginebra : World Health Organization.
[22] World Health Organization. (06 de Julio de 2013). World Health Organization. Obtenido de
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[23] World Health Organization. (12 de Enero de 2018). World Health Organization . Obtenido de
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[25] Sánchez Hernández, F. (2006). Diseño de un sistema de juego-aprendizaje para la silla de
ruedas de asistencia a niños con parálisis cerebral. Bogotá: Universidad de los Andes.
14. Anexos Según la norma NTC 4268, “Clasificación por tipo con base en características de
aspecto” este tipo de sillas tienen una clasificación por dígitos dependiendo de las
características con las que cuenta la silla (Norma Técnica Colombiana, 1997). El primer dígito corresponde a los medios de propulsión y conducción, este prototipo
corresponde al tipo 1, que hace referencia al control y propulsión por medio de un
acompañante, de tipo no energizado.
El segundo dígito corresponde al área de uso con base en el ancho total y los diámetros
de las ruedas. En la Tabla 7 se puede observar la matriz de combinaciones para
obtener el dígito, debido a que el ancho total de la silla es menor a 550 𝑚𝑚 y, a pesar
que existen dos ruedas grandes mayores a 260 𝑚𝑚, los rodachines traseros son
menores a 180 𝑚𝑚, por lo que la clasificación de este dígito corresponde al tipo 1.
36
Tabla 7. Combinación del diámetro de la rueda y ancho total de la silla. Tomado de NTC4268
El tercer dígito corresponde al ajuste del asiento y los respaldos, en la Tabla 8 se
puede observar la clasificación para el dígito. Sin embargo, para este caso el número
es 0, pues la silla debe mantener un ángulo fijo entre el asiento y el espaldar, siendo
ajustable el sistema de soporte del cuerpo. (Norma Técnica Colombiana, 1997)
Tabla 8. Combinación de ajustes de asiento y respaldos. Tomado de NTC4268
El cuarto dígito corresponde a los ajustes de los descansa brazos y del apoya pies.
Según la Tabla 9, y asumiendo que la silla tiene unos pequeños descansabrazos fijos
y el soporte del apoya pies es manualmente ajustable, indica que el dígito es el 2.
Tabla 9. Combinación ajustes de descansabrazos y apoya pie. Tomado de NTC4268
Finalmente, el último dígito corresponde a la plegabilidad de la silla, lo que es
referente a la capacidad de la silla a disminuir sus dimensiones generales. Por lo tanto,
es del tipo 1, pues la estructura de la silla es totalmente rígida.
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Planos de barras de soporte diagonal
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Plano para conector para actuador
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Plano sujetador de manubrio
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Plano estructura
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Plano soldadura
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Plano estructura soldada
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Plano eje de ruedas
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Plano riel de soporte para pies
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Plano de refuerzo para evitar flexión
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