Silla de ruedas de ascenso vertical

Montevideo, 30 de agosto de 2008
“Silla de ruedas de ascenso vertical”
Resumen.
En lo particular la propuesta surge de las dificultades que encuentra un docente de esta
Institución para su rehabilitación al no tener movilidad en sus miembros inferiores.
Existen en el mercado algunas propuestas pero no son viables por diferentes motivos
entre ellos el costo y la pasividad que genera. El objetivo central: Disminuir las
dificultades de recuperación en un 30% de personas con capacidades diferentes en sus
miembros inferiores por falta de aparatos de recuperación. Frente a esto nuestro desafío
es crear una solución que sea interactiva con el usuario ya que debemos recordar que no
presenta dificultades en sus miembros superiores, Luego de varias consultas y
recopilación de información sobre el usuario y lo que ofrece el mercado es muy amplio
nuestra alternativa es ensayar un prototipo a escala de una silla de ruedas cuya elevación
sea mediante un sistema hidráulico (con bomba manual) en la primera fase,
posteriormente con la asistencia técnicos mecánicos ajustar los detalles constructivos,
para en la segunda fase pasar a construir un prototipo real. La metodología a emplear
entre los integrantes es de l trabajo en equipo y una metodología de investigación que
valide las propuestas que es muy similar al método científico.
Introducción:
En este trabajo se presenta un protocolo de diseño electro mecánico a partir del cual se
fabrico un prototipo de silla de ruedas que brinda a las personas con discapacidades
físicas mayor confort, versatilidad y la posibilidad de realizar movimientos terapéuticos
como colocarse de pie sin dejar su silla de ruedas.
Un tratamiento adecuado para la rehabilitación de enfermedades con secuelas motoras
implica terapias constantes, para las cuales el paciente debe ser trasladado
constantemente de su silla de ruedas a camillas o a dispositivos mecánicos que le
ayudan a ponerse de pie por pocos minutos.
La silla de ruedas supone una solución a las limitaciones de desplazamiento que
tienen las personas con discapacidades físicas. Para los usuarios de la silla de ruedas
este es el medio por el cual pueden movilizarse y un dispositivo en el cual pasan la
mayor parte del día, este elemento permitirá al usuario reintegrarse a su vida laboral y
social. La silla de ruedas ha de cumplir, inicialmente un doble requerimiento: por un
lado debe asegurarse estabilidad y comodidad al usuario; y por otro, debe permitir al
individuo un fácil desplazamiento.
De acuerdo a los diagnósticos médicos y terapéuticos el lograr estar de pie, así sea por
pocos minutos al día, aporta significativos avances en los procesos de rehabilitación de
pacientes con discapacidad en miembros inferiores. La calidad de vida del individuo
mejora notablemente al realizar terapias que le permitan ponerse en posición vertical
durante un periodo de tiempo determinado durante el tratamiento, ya que esta acción
ayuda a la liberación de presión en zonas puntuales , a la normalización de las funciones
de riñón, vejiga, al mejoramiento del sistema digestivo, al mantenimiento de la densidad
ósea, mejoramiento de la flexibilidad y disminución de espasmos musculares, a mejorar
la circulación y la oxigenación sanguínea.
La silla diseñada y presentada en este trabajo, tiene como finalidad ayudar al paciente
en sus terapias de rehabilitación o en sus ejercicios de mantenimiento y fisioterapias, ya
que le permite cambiar su postura colocándolo de pie durante el tiempo que el
tratamiento requiera o simplemente por necesidad del mismo paciente.
El diseño electromecánico realizado, permite que el paciente con la ayuda de su silla de
ruedas tenga un movimiento a voluntad mediante mando manual.
El realizar el diseño a partir del análisis finito de la estructura, permitió obtener una silla
liviana pero resistente.
Adicionalmente, la silla ayuda al paciente en sus terapias de rehabilitación o en sus
ejercicios de mantenimiento y fisioterapias, porque le permite cambiar su postura y lo
coloca de pie por un periodo de tiempo determinado según las necesidades del caso
optimizando el tratamiento y mejorando la calidad de vida del paciente
El diseño del prototipo se llevo acabo en el instituto tecnológico utilizando métodos de
investigación similares a los que se utilizan en el método científico.
Problema:
Elevar a las personas con capacidades diferentes en sus miembros inferiores desde su
posición de sentados hasta incorporarse en una posición de 75º a 85º con respecto al
piso. Para realizar desplazamientos sobre planos horizontales, sin perder centro de
gravedad (equilibrio, estabilidad).
Consideraciones biomecánicas:
El logro de una independencia optima de desplazamiento, constituye una paso vital en
la rehabilitación de un individuo físicamente discapacitado. Para una persona incapaz de
alcanzar y mantener una marcha segura, satisfactoria y eficiente, la silla de ruedas
adecuada presenta el medio necesario para acceder a las oportunidades sociales,
educativas, vocacionales y recreativas que forman parte de un estilo de vida productivo
y gratificante. El diseño de una silla de ruedas tiene como objetivo brindarle al usuario
máxima funcionalidad, comodidad y movilidad. Para cumplir con este objetivo la silla
debe ajustarse al individuo que la va a utilizar y no el individuo amoldarse a la silla. La
selección y posterior utilización de una silla de ruedas no apropiada, puede resultar
incomoda, causando problemas adicionales en la condición del paciente debido al
esfuerzo continuo por modificar su postura.
Medidas necesarias para el diseño:
La independencia de una persona con una discapacidad física en una silla de ruedas ,
puede facilitarse o empeorarse como resultado de una toma de medidas correcta o no .
Cuando se diseña una silla de ruedas es necesario especificar varios parámetros, como
se observa en la figura adjunta(fig.1). el ancho del asiento(a); la altura del asiento(b); la
profundidad del asiento(c); la altura del respaldo(d); y la altura de los apoya brazos(e).
Además se debe tener en cuenta que la silla de ruedas es una extensión del individuo y
que cada individuo tiene sus propias necesidades que deben ser tomadas en cuenta a la
hora del diseño.
Postura en la silla de ruedas:
La capacidad de funcionar de manera eficaz y realizar diferentes actividades depende
de la habilidad para adoptar la postura apropiada. Una silla de ruedas únicamente resulta
útil para su usuario si le proporciona comodidad y una base de asiento estable que le
permita sentarse erguido en una posición sentada simétrica, conseguir la máxima
capacidad funcional con el mínimo gasto de energía y reducir la presión que soporta en
glúteos y muslos.
El tamaño del asiento asegura la estabilidad del paciente optimizando la zona del cuerpo
del usuario en contacto con la base del soporte. También proyecta un alivio de la
presión, al distribuir de manera uniforme el peso del usuario en la mayor superficie
posible. El asiento debe ser firme y estar nivelado. Una tapicería de asiento hundida
provocara que el usuario se siente de manera asimétrica haciendo que los muslos y
rodillas se empujen, produciendo un exceso de presión y rozamiento.
Cuando se mantiene una buena postura el ángulo de la cadera (entre los muslos y el
tronco) es fundamental ya que determinara la estabilidad de la pelvis. Se considera que
el ángulo de 90º es el mas adecuado para las actividades cotidianas, la mejor forma de
obtener este ángulo es utilizando un cojín adaptado a la forma humana, mas bajo por
detrás para acomodar la forma del glúteo mayor. Una vez establecido el ángulo de la
cadera en 90º , la mayoría de las personas discapacitadas se sentirán cómodas si el
ángulo de las rodillas es también de 90º . Este mismo ángulo se debe mantener también
en los tobillos. Por lo tanto desde el punto de vista ergonómico los reposapiés deberían
estar a 90º, sin embargo en adultos, normalmente no se da, porque de esta forma las
plataformas del posapies impiden el libre giro de las ruedas delanteras. En sillas
deportivas con ruedas delanteras mas pequeñas el ángulo puede ser unos 85º. En sillas
normales es algo inferior pero siempre tendiendo a aproximarse a los 90º. En usuarios
con piernas largas el ángulo del posapies debera ser inferior para que las plataformas no
entorpezcan actividades como subir un anden.
La altura a la que esten colocadas las plataformas de los posapies también es
importante. Si están demasiado bajas o el asiento demasiado alto, las rodillas del usuario
estaran mas bajas que sus caderas y de esta forma el usuario tendera a deslizarse en la
silla dificultando la propulsión y aumentando el rozamiento en los glúteos mayores. Si
las plataformas estan demasiado altas o el asiento demasiado bajo, las rodillas estaran
mas altas que las caderas aumentando la presion sobre los glúteos.
Objetivo específicos:
Articular la silla para la elevación.
Mantener el centro de gravedad.
Desplazar las articulaciones sin conflictos.
Optimizar los aspectos estéticos y ergonómicos.
Generar valor agregado.
Aplicar normas técnicas nacionales e internacionales de seguridad, sobre elementos del
sistema a incorporar.
Reducir costos de mantenimiento.
Hipótesis:
Articular la silla y obtener desplazamientos por sistemas mecánicos o electromecánicos.
Desplazamientos:
Por medio de un motor eléctrico con tornillo elevador.
Sistema neumático o electro-neumático. Con compresor.
Sistema electro-hidráulico o hidráulico (con bomba manual). Si bien brinda la
posibilidad de participar activamente reduce los costos de la fuente.
Métodos y procedimientos:
La recolección de datos en nuestro país no existe relevamiento de la cantidad de
personas que tienen esta capacidad diferente. Si en cambio hemos querido obtener una
silla de las prestaciones mencionadas y no hemos encontrado si con prestaciones para
personas con un grado de dificultad mayor, inclusive hemos tenido la posibilidad de
obtener información por internet de foros y congresos en la región presentando
modelos estéticos y complejos de sillas elevadoras.
Método utilizado es el de análisis de los datos recogidos en las experiencias de los
diferentes sistemas planteados en la hipótesis, para finalmente discutir los resultados y
proceder a la selección del más apropiado según los siguientes criterios:
1) menos costoso
2) más interactivo con el usuario.
METODOLOGÍA
Situación problema (entorno en donde se encuentra el problema).
Búsqueda de información (comienzo de un eje facilitador que atraviesa todo el
transcurso del proyecto brindando un apoyo permanente).
Definir el problema (lo que obstruye el funcionamiento, variables dependientes
o independientes).
Objetivo (cual es el cambio deseado en la situación planteada).
Objetivos específicos (aquellos que apuntan a disolver el problema o disminuir
su dificultad).
Hipótesis (posibles soluciones analizarlas y experimentar sobre las más
concesuadas sin descartar las restantes o tener que replantear nuevas).
Experimentar o ensayar (poner a prueba en el laboratorio las diferentes
soluciones propuestas observar y anotar los resultados para posteriormente
evaluarlos).
Discusión (selección de a mejor propuesta, replanteo del problema o de la/s
hipótesis, en muchos casos es una retroalimentación muy positiva aprendiendo a
sobrellevar dificultades).
Prototipo llevar a la realidad el objeto tecnológico a escala o tamaño real,
cumpliendo las etapas de diseño planificación, construcción y evaluación de
aspectos técnicos.
Evaluación final (contrastar con el objetivo, si lo satisface y en que grado).
Por medio de un motor eléctrico con tornillo elevador.
Objetivo:
Mover una tuerca ligada a un eje roscado en ambos sentidos mediante un motor
eléctrico de 12v.
Materiales mecánicos. Eje roscado y tuerca.
Materiales eléctricos: Fuente de 12v., moto-reductor (de limpia parabrisas de auto),
botonera de cruce y botonera con pulsador N.A., pilotos, cables.
Ligar el moto-reductor al eje roscado con tuerca.
Conectar positivo y negativo desde la fuente a la botonera de cruce.
Conectar positivo y negativo desde la botonera con pulsador N.A. al piloto.
Conectar positivo y negativo desde el piloto hacia el moto-reductor.
Conectar a la red la fuente y prender.
Se observo el movimiento de la tuerca en ambos sentidos al cambiar la posición del
conmutador de cruce y presionar el pulsador N.A.
CONCLUSIÓN:
Es un sistema efectivo pero requiere de una fuente auxiliar de energía eléctrica (batería)
que aumenta considerablemente su peso y el eje roscado queda expuesto perjudicando el
aspecto estético.
Sistema neumático o electro-neumático (con compresor).
Objetivo:
Mover un actuador de efecto doble en positivo y negativo lentamente con mando
eléctrico (seleccionado por la reducción de cañería y flexibilidad de los conductores
eléctricos, frente a los movimientos del sistema).
Materiales neumáticos: Compresor, unidad distribuidora con FRL, electro-válvula 2/4,
actudor efecto doble, válvulas reguladoras de caudal unidireccionales, caños.
Materiales eléctricos: Fuente de 24v., botonera con pulsadores N.A., pilotos, cables.
Procedimiento:
Conectar el compresor a la red y prender.
Conectar unidad de distribución al compresor.
Conectar la electro-válvula a la unidad de distribución.
Conectar las válvulas reguladoras de caudal unidireccionales, una a cada vía de salida
de la electro-válvula.
Conectar positivo y negativo desde la fuente a la botonera.
Conectar positivo y negativo desde la botonera al piloto.
Conectar positivo y negativo desde el piloto hacia electro-válvula.
Conectar a la red la fuente y prender.
Se observo el movimiento del actuador al presionar una botonera por vez prendiéndose
el piloto correspondiente en cada acción, lento de negativo a positivo y rápido de
positivo a negativo. Se ajusto el regulador correspondiente y se logro los movimientos
muy similares.
CONCLUSIÓN:
es un sistema limpio, controlable, compresible y de una precisión relativa. Requiere
además de una fuente auxiliar de energía eléctrica (batería)y moto-compresor lo que
aumenta considerablemente su peso.
Sistema electro-hidráulico o hidráulico (con bomba manual).
Objetivo:
Mover un actuador de efecto doble en positivo y negativo lentamente con mando
eléctrico (seleccionado por la reducción de cañería flexibles y aprovechar la
flexibilidad de los conductores eléctricos, frente a los movimientos del sistema).
Materiales hidráulico: Moto-bomba, unidad distribuidora, electro-válvula ¾ centro
cerrado, actudor efecto doble, válvulas reguladoras de caudal unidireccionales,
mangueras.
Materiales eléctricos: Fuente de 24v., botonera con pulsadores N.A., pilotos, cables.
Procedimiento:
Conectar la moto-bomba a la red y prender.
Conectar unidad de distribución a la motobomba.
Conectar la electro-válvula a la unidad de distribución.
Conectar la electro-válvula al retorno del tanque.
Conectar las válvulas reguladoras de caudal unidireccionales, una a cada vía de salida
de la electro-válvula.
Conectar positivo y negativo desde la fuente a la botonera.
Conectar positivo y negativo desde la botonera al piloto.
Conectar positivo y negativo desde el piloto hacia electro-válvula.
Conectar a la red la fuente y prender.
Se observo que al presionar el pulsador N.A. el movimiento del actuador es lento de
negativo a positivo y de igual forma en sentido inverso prendiéndose el piloto
correspondiente en cada acción,
Se lograron movimientos muy similares al ejercicio anterior.
CONCLUSIÓN:
es un sistema sucio, controlable, incompresible, de una buena precisión. Si bien requiere
de una fuente auxiliar de energía eléctrica (batería) y una moto-bomba que aumenta
considerablemente su peso; todo esto se puede surtir por una bomba manual lo que
generaría una participación más activa del usuario que no presenta dificultades ya que
sus miembros superiores están en condiciones normales.
DISCUSIÓN:
Luego de analizar las conclusiones sobre ventajas y desventajas del comportamiento de
cada uno de los sistemas en los diferentes ensayos. Consideramos por unanimidad en
nuestro equipo que la opción más favorable es la del uso de un actuador hidráulico con
bomba manual
DISEÑO PLANIFICACIÓN y CONSTRUCCIÓN.
De un prototipo de ensayo.
Actualmente estamos en la etapa preliminar del estudio en un prototipo de ensayo a
escala sobre la estructura del objeto y el funcionamiento del sistema hidráulico para
finalmente pasar al diseño final.
Diseño
Un sólido tridimensional a escala ¼ con referencial al tamaño real, con corredera para el
asiento y soporte para el actudor.
Planificación
De recursos humanos, maquinaria y materiales.
Construcción
Habilidades y destrezas personales de los integrantes del equipo (crecimiento de todos
compartiendo nuestras fortalezas y debilidades, combatiendo las amenazas y
aprovechando las oportunidades.
REFERENCIAS:
-Bergen, A.F.,the wheelchair and other adapted equipement, Valhallia Rehabilitación
Public Ltda.
-Brubaker , C.E., whellchair prescriptions . p.p.g 19- -26. 1986.
-www.imagina.org/archivos /biomecanica.htm. Consideraciones biomecánicas en la
silla de ruedas manual.
-8º Congreso iberoamericano de ingenieria mecánica(Cusco, 23 al 25 de Octubre de
2007).