Trabajo de Diploma Antonio José Martínez Guerra Final

FACULTAD
DE INGENIERÍA
DPTO. INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE UN BIPEDESTADOR
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN
AL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO
Autor:
Antonio José Martínez Guerra
Tutor:
Dr.C. Rolando Esteban Simeón Monet
Consultante:
MSc. Antonio Jorge Martínez Leyva
HOLGUÍN 2018
PENSAMIENTO
DEDICATORIA
A Dios... mi pequeña ofrenda
A mi mamá y a mi papá
A Ile, por ser mi inspiración
A mis abuelos
Para mi abuelo Mongo y mi tío Mola, desearía que pudieran ver lo que he
logrado.
AGRADECIMIENTOS:
Al gran arquitecto del universo por escuchar mis oraciones,
A mis padres por el derroche de cariño, su apoyo, los aportes al trabajo y por hacer
que me enamore de mi profesión.
A mi chica por soportar mis berrinches y no dejarme desfallecer.
A mi tía Gisela por estar siempre ahí y por ser también mi mamá,
A mi tía Gloria por ser un ángel guardián desde la distancia.
A Yey por quererme.
Al resto de mis tías, tíos y primos por ser parte de mí,
A mis viejos BFAM Calderón y Pepe,
A Julio por confiar en mí, por sus consejos y su amistad,
A los amigos de la universidad por los buenos momentos felices, nada hubiese sido
igual sin ustedes: Felipe, Erasmo, José Antonio, Molina, Fofi, Tabo, Freddy, Alberto,
Norge, Luis y el Yonki.
A mis familias de Progreso y Fomento por acogerme en su corazón.
A las amistades aceptadas por cansancio Thalía, Wendy y Jorge.
A los profesores de la carrera por sus conocimientos y a los del departamento de
CAD/CAM por enseñarme a caminar y por el tema de mi trabajo de diploma, en
especial al profesor Trinchet y mi tutor Simeón.
A mi abuelo por ser él y no otro.
A mis abuelas por su sabiduría, sus mimos y su cariño incondicional.
RESUMEN
La parálisis cerebral infantil es un trastorno motor no progresivo de etiología
multifactorial asociada mayormente a factores prenatales, perinatales y
postnatales con una incidencia aproximada de dos por cada mil nacidos vivos.
Esta afección en la actualidad no tiene cura, pero se han desarrollado
procedimientos de rehabilitación con los cuales se alcanzan en muchos casos
resultados alentadores.
El objetivo del presente trabajo de diploma es desarrollar el diseño de un
bipedestador ergométrico, ajustable y de bajo costo de producción para
pacientes pediátricos con parálisis cerebral, que permita desarrollar una gama
de acciones terapéuticas comprendida dentro de las exigencias de la tarea
técnica que determinó la necesidad de esta investigación. En el curso de la
misma se emplearon diversos métodos y técnicas, tales como revisión
bibliográfica de fuentes especializadas, consulta con expertos, modelación
teórica, análisis de sistemas, entre otros.
El diseño se basó en criterios de análisis de cargas, resistencia de materiales,
conocimiento de materiales y la evaluación de los parámetros ergométricos
correspondientes a los grupos etarios comprendidos en la línea de trabajo del
artículo proyectado y su influencia determinante en la concepción dimensional y
funcional del mismo.
Como factor fundamental no se puede omitir el elevado peso específico que
tuvo a lo largo de todo el proceso las evaluaciones tecnológicas del diseño para
mantener una coherencia absoluta entre la formulación del mismo y la
factibilidad de su ejecución en la práctica desde los criterios logísticos y las
potencialidades reales de ejecutar su fabricación.
Palabras claves: bipedestador, parálisis cerebral infantil, diseño, rehabilitación.
ABSTRAC
The children cerebral palsy is a non-progressive motion disorder from
multifunctional etiology majority associated to prenatal, perinatal and postnatal
factors with an approximated incidence to two cases per one thousand born.
This disease actually have not cure but some reinstatement procedures have
been developed, which in many cases auspicious results have been achieved.
The objective to this dissertation is to show the ergometric standing frame
designs process which must be adjustable and have low cost for pediatric
patient affected by brain paralysis that allows to develop sequence of
therapeutic actions incorporated into the request of the technical task that
determinates the necessity to do this research. In the curse of the same several
techniques and methods were applied, like bibliographic search from specialize,
expert consultation, theoretical simulation systems analysis between others.
The design is based in loads analysis, materials strength, knowledge about
materials and the evaluation of ergometric parameters corresponding with the
age group inside the work line to the article projected and its decisive influence
in dimensional and functional conception.
As a fundamental factor, we can’t ignore the high specific weight that the
technological evaluations of the design had throughout the process in order to
maintain an absolute coherence between the formulation of the design and the
feasibility of its execution in practice from the logistical criteria and the Real
potentialities to execute its manufacture.
Keywords: standing frame, child cerebral palsy, design, rehab
GLOSARIO
Barorreceptores: terminaciones nerviosas sensibles a la distención que
detectan los cambios bruscos de presión arterial, se encuentran localizados en
gran abundancia en las paredes de la arteria carótida común interna y de la
aorta.
Desmineralización ósea: Pérdida del tejido óseo por falta de cargas mecánicas.
Ergometría: prueba diagnóstica que consiste en realizar un registro del
electrocardiograma durante un esfuerzo controlado.
Ergonomía: disciplina que se encarga del diseño de lugares de trabajo,
herramientas y tareas, de modo que coincidan con las características
fisiológicas, anatómicas, psicológicas y las capacidades del trabajador.
Osteopenia fisiológica: disminución de la densidad mineral ósea, que puede ser
una condición precursora de osteoporosis.
Ortostatismo: desadaptación de la posición estática del pie.
Peristaltismo: proceso por la cual se produce una serie de contracciones y
relajaciones radialmente simétricas en sentido anterógrado a lo largo del tubo
digestivo y los uréteres, esta acción fisiológica permite movilizar los alimentos a
través del aparato digestivo, así como la orina de los riñones a la vejiga.
Zona isquiática: ubicación donde se encuentra el conjunto de huesos situados
en la pelvis.
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 1
CAPÍTULO I. Fundamentos de la Bipedestación. Acercamiento a los
bipedestadores. ........................................................................................................................ 5
1.1 Bipedestadores .............................................................................................................. 6
1.2 Análisis de tipologías: ................................................................................................ 10
1.3 Beneficios del tratamiento con bipedestadores. ................................................ 22
Conclusiones Parciales .................................................................................................... 26
CAPÍTULO II. ANÁLISIS DE SISTEMAS. SELECCIÓN DE MECANISMOS AFINES.
..................................................................................................................................................... 27
2.1 Selección de partes y mecanismos ........................................................................ 28
Conclusiones parciales. ................................................................................................... 46
CAPÍTULO III. Modelación del diseño y simulación de las cargas estáticas. ........ 47
3.1 Tarea Técnica ............................................................................................................... 47
3.2 Valoración de los puntos críticos. .......................................................................... 47
3.3 Construcción del diseño. .......................................................................................... 51
3.4 Simulación numérica de las cargas estáticas en los puntos críticos del
diseño. ................................................................................................................................... 55
Conclusiones parciales .................................................................................................... 63
CONCLUSIONES..................................................................................................................... 64
RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 65
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 66
INTRODUCCIÓN
Para la Ingeniería uno de los fundamentos imprescindibles en la realización de
la investigación aplicada han sido los temas relacionados con el bienestar del
ser humano. Elementos tales como el diseño y el uso de tecnologías permiten
por medio de la invención de diferentes dispositivos, controlar variables que
afectan la salud del individuo. Una combinación de las ciencias de la ingeniería
con las ciencias de la salud permite a esta especialidad ayudar y servir como
herramienta para que la medicina alcance mayor efectividad y calidad.
Un claro ejemplo de ello son los avances alcanzados en equipos de
diagnóstico, monitoreo, prótesis y órtesis, dispositivos de terapia, entre otros.
Este campo de aplicación lo han desarrollado principalmente la ingeniería
biomédica
y
la
bioingeniería.
Tratamientos,
proyectos,
equipos
e
investigaciones médicas son algunas de las actividades específicas de estas
disciplinas, incluyendo la fabricación de equipos médicos como robots y
dispositivos terapéuticos para el proceso de rehabilitación de los pacientes.
Los aportes de esta especialidad al tratamiento fisioterapéutico de diferentes
enfermedades y dolencias son trascendentes. En este sentido es necesario
mencionar los beneficios en la atención a la Parálisis cerebral infantil (PCI),
trastorno que según Abascal Diego (2014), afecta al movimiento y postura
causando limitación en la actividad del feto o del niño en desarrollo con impacto
inmediato en su calidad de vida.
Quiles López-Cantarero (2007), explica que se trata de un trastorno motor no
progresivo que debuta precozmente en el recién nacido y afecta a una o más
extremidades, con espasticidad o parálisis muscular. Está relacionado con la
lesión de neuronas motoras altas del cerebro, no así con el canal medular. Es
además una discapacidad crónica del sistema nervioso central caracterizada
por un control aberrante del movimiento y la postura, que aparece a edades
tempranas.
La PCI según apunta Sánchez Guerrero (2017), tiene una incidencia directa en
el desarrollo de la displasia de cadera, siendo esta la segunda deformidad
músculo-esquelética más importante en estos pacientes.
1
Este trastorno sucede en Cuba aproximadamente en dos infantes por cada mil
nacidos vivos, según estudios realizados por Robaina Castellanos (2012). Para
el tratamiento de la PCI en nuestro país se emplean fundamentalmente la
fisioterapia (kinesioterapia) y la
terapia ocupacional,
aunque algunos
especialistas incluyen la órtesis, el tratamiento quirúrgico y el empleo de
medicamentos para disminuir la espasticidad.
Los infantes con lesiones neurológicas requieren en su tratamiento del empleo
de un equipamiento adecuado que les permita sostener la postura, ejercitar y/o
fortalecer la mayor parte de su cuerpo previendo patologías futuras afines con
la formación y el crecimiento de los huesos, además buscando una mayor
independencia de estos posteriormente.
Un sondeo realizado por el autor a instituciones de la provincia como la Fábrica
de Implementos Ortopédicos de Holguín, cuyo objeto social es la construcción
y mantenimiento de implementos tales como camillas, sillas de ruedas, muletas
y otras órtesis, arrojó que actualmente sólo realizan la reparación de estos
equipos. Por otro lado, una visita a la sala de rehabilitación del Hospital
Pediátrico Octavio de la Concepción y de la Pedraja, demuestra que en este
sitio los dispositivos que existen para el tratamiento de los infantes son de
procedencia china y solo se emplean en la institución pues no se pueden
trasladar hasta los hogares por ser muy pocos, por lo que aconsejan a los
padres construirlos de formas rústicas en las casas para continuar con el
cuidado de los pacientes.
El tratamiento de la parálisis cerebral infantil ha sido investigado desde
diferentes perspectivas, buscando en cada uno de los casos posibles variantes
para un tratamiento más convencional y efectivo de los pacientes con este
trastorno, por ello dada la incidencia de este trastorno en infantes en Cuba y lo
planteado hasta el momento se confirma la necesidad que presupone el
diseño de un producto de apoyo, en este caso un bipedestador, que ayude al
tratamiento de rehabilitación de la PCI.
Por lo anterior se denota que el problema radica en el poco acceso a
implementos ortopédicos de pacientes pediátricos afectados con parálisis
cerebral.
2
De ahí surge la Hipótesis de que si se realiza un diseño adecuado de un
bipedestador ajustable con materiales y tecnología asequibles para las
empresas cubanas, se podrá construir en pequeñas series y con bajo costo de
producción un equipo para apoyar el tratamiento de rehabilitación en pacientes
con parálisis cerebral infantil.
En correspondencia con ello se define como objeto el bipedestador y por tanto,
el campo de acción será el diseño de implementos ortopédicos para la
rehabilitación de pacientes con parálisis cerebral.
El objetivo general: El diseño de un bipedestador ajustable y de bajo costo
para pacientes pediátricos con parálisis cerebral.
Las tareas científicas a ejecutar serán:

Analizar las tipologías de bipedestadores existentes en el mercado
internacional atendiendo a sus características generales y particulares.

Elaborar el diseño con auxilio de herramientas CAD de un bipedestador
ajustable para niños comprendidos entre los 2 y 8 años.

Simular con auxilio de herramientas CAE las cargas y esfuerzos a los
que estará sometida la estructura del bipedestador diseñado.
La presente investigación se asume desde una perspectiva metodológica
cuantitativa, por lo fue necesario para su desarrollo el empleo de métodos
teóricos y empíricos.
Del nivel teórico:

Analítico - sintético: permite procesar la información empírica y teórica
sobre las generalidades de los productos de apoyo, específicamente de
un bipedestador, así como arribar a conclusiones.

Histórico - lógico: permite identificar los antecedentes, estado actual y
tendencias en el diseño de un bipedestador para el tratamiento de
rehabilitación en pacientes pediátricos.

Análisis de sistemas: para definir en el diseño sus partes, relaciones,
composición, funcionamiento y jerarquías.

Modelación teórica: para el análisis de las variantes de diseño del
sistema, sus requisitos generales y los particulares en cada caso.
3
Del nivel empírico:

Revisión bibliográfica de fuentes especializadas: lo que permitirá realizar
una pesquisa teórica donde se extraerá y recopilará la información más
relevante y necesaria a través de la consulta a diversas fuentes.

Consulta a expertos: para establecer el debate y la reflexión a través del
criterio de especialistas o profesionales y con ello evaluar la factibilidad
del diseño realizado en la investigación.
4
CAPÍTULO I. Fundamentos de la Bipedestación. Acercamiento a los
bipedestadores.
Las discapacidades son afecciones que influyen directamente en la vida diaria
de las personas que las padecen, impidiéndoles o dificultándoles realizar
actividades de forma independiente. Estas traen consigo daños psicológicos en
los pacientes por lo que precisan de toda la ayuda humana y tecnológica
posible para su bienestar.
Con el objetivo de mejorar su calidad de vida y disminuir el grado de
dependencia hacia los cuidadores se han creado los llamados productos de
apoyo; en este sentido Sanjurjo-Fernández (2008) apunta que no son más que
dispositivos, tecnologías, herramientas y software (figura 1.1) fabricados
especialmente para prevenir, compensar, controlar, mitigar o neutralizar
deficiencias y limitaciones en la actividad. En estos no se incluyen los cambios
a realizar en el medio que rodea al individuo, como puede ser la eliminación de
obstáculos y barreras. Los productos de apoyo están regulados por la norma
UNE ISO 9999: 2016. (Tabla 1.1).
Todas estas ayudas deben lograr eficacia sin dejar de ser mecanismos
sencillos, seguros, de fácil mantenimiento, duraderos y estéticos, pues no ha
de olvidarse el efecto psicológico que trae consigo la dependencia a estos
dispositivos de una persona discapacitada. Es necesario señalar además la
importancia de la ergonomía en el diseño de estas tecnologías, siendo esta
facilitadora de la interacción usuario-equipo.
Figura 1.1. Ejemplo de productos de apoyo. (www.fisiosenior.es)
5
Clasificación de los productos de apoyo según la norma UNE ISO 9999: 2016
Código
04
05
Clases
Productos de apoyo para tratamiento médico personalizado
Productos de apoyo para el entretenimiento/aprendizaje de
capacidades
06
Órtesis y prótesis
09
Productos de apoyo para el cuidado y protección personales
12
Productos de apoyo para la movilidad personal
15
Productos de apoyo para actividades domésticas
18
Mobiliario y adaptaciones para viviendas y otros inmuebles
22
Productos de apoyo para comunicación y la información
24
Productos de apoyo para la manipulación de objetos y dispositivos
27
30
Productos de apoyo y equipos para mejorar el ambiente herramientas
y máquinas
Productos de apoyo para el esparcimiento
Tabla 1.1: Productos de apoyo para personas con discapacidad. Clasificación y terminología.
Clasificación de acuerdo con el proceso de fabricación:

Producto fabricado en serie: producto comercializado para una
utilización concreta que no ha de sufrir ninguna modificación.

Producto adaptado: puede ser modificado, de acuerdo con la
prescripción o especificación técnica de un médico o profesional, para
adaptarse a las necesidades del usuario.

Producto a medida: fabricado específicamente según la prescripción de
un especialista y destinado a un paciente determinado.
1.1 Bipedestadores
Los bipedestadores son equipos que pertenecen a la clase órtesis y prótesis de
la norma UNE ISO 9999: 2016. Los mismos son empleados en la rehabilitación
de pacientes que por su disfunción motora no pueden alcanzar ni mantener la
posición vertical. En el tratamiento de trastornos como la PCI son ampliamente
utilizados por su función correctiva y preventiva, pues no sólo ofrecen
6
beneficios posturales, sino que buscan además evitar futuras patologías
asociadas al retraso motor que presentan estas personas.
Estos productos son herramientas de apoyo para la vida diaria del usuario,
(figura 1.2), ya que permiten ganar en independencia gracias a las propias
bases conceptuales del diseño y a los múltiples accesorios que se le pueden
acoplar.
Figura 1.2. Tipos de bipedestadores
(https://www.researchgate.net/publication/303993539)
Bermejo Franco (2011) apunta que como elementos técnicos facilitadores de la
bipedestación se pueden mencionar:
 Bipedestador de plano ventral: (Figura 1.3)
Consiste en fijar al niño en posición prona1, con sujeciones en la pelvis,
extremidades y tronco; el equipo utiliza un sistema de inclinación que varía
dependiendo de los objetivos terapéuticos.
Figura 1.3. Bipedestador prono Monkey (www.ortosoluciones.com)
1
La posición de decúbito prono consiste en colocar el cuerpo boca abajo.
7
Es utilizado en niños que no pueden mantener la postura vertical en
bipedestación, que tienden a una inclinación del tronco debido a una falta de
tono de flexores y extensores del tronco y cabeza.
 Bipedestador supino: (Figura 1.4)
Sus características generales son similares a las del sistema anterior, se
diferencia principalmente por la posición en la que se fija al usuario, que como
su nombre indica es de decúbito supino; el cuerpo boca arriba y las palmas de
las manos hacia abajo. En varios casos con sujeción lumbar. Permite mantener
una postura más natural e interactiva, percibiendo el entorno desde una
postura erecta. Puede ser inclinable o fijo.
Figura 1.4. Bipedestador supino Rifton. (www.rifton.com)
8
 Standing: (Figura 1.5)
Figura 1.5 Bipedestador Parapion (www.ortoweb.com)
Utilizado en niños que presentan un precario control de los miembros inferiores,
lo que les imposibilita mantener una postura bípeda. En estos equipos las
sujeciones se encuentran en los miembros afectados lo que permite utilizar los
miembros superiores con libertad, realizando terapia ocupacional y otras
actividades. Este tipo de bipedestador permite que entre el 80 % y 100 % de la
carga corporal sea soportada por los miembros inferiores.
Standing en abducción:
Es una modalidad del standing utilizado en pacientes con tetraplejía y diplejía
espástica, interfiriendo esta condición en la estabilidad postural de la
bipedestación ya que la abducción de las caderas disminuye la base de
soporte.
Ministanding:
Es una variante del standing, en la que las sujeciones fijan al usuario por
debajo de las rodillas. Es utilizada en niños que pueden mantenerse en
posición vertical pero que no logran mantener el equilibrio y para aquellos que
no pueden realizar respuestas anticipadoras con sus propios movimientos
posturales.
9
1.2 Análisis de tipologías:
Para una mejor comprensión y posterior realización del diseño de un
bipedestador es fundamental analizar las tipologías de los equipos existentes
en el mercado internacional, atendiendo a sus características generales y
particulares.
Bipedestador Dondolino
Dondolino es un bipedestador prono diseñado y fabricado por la empresa
italiana Ormesa, para ejercitar y mantener la posición vertical con ambos pies,
sosteniendo en posición recta al usuario. Este equipo tiene su uso en interiores;
sus componentes principales están construidos con acero al cromo para el
chasis y madera de abedul multicapa para la mesa y el apoyapiés. Posee
sujeciones acolchadas para los talones, las rodillas, la pelvis y el tronco, estas
últimas se fijan con velcro. Este bipedestador posee tres modelos (tabla 1.2)
que varían dependiendo del rango de talla y de la capacidad máxima del
usuario.
Tabla 1.2: Ficha técnica del bipedestador Dondolino
Altura base-mesa
Capacidad máxima
Dondolino 1
(51 - 71) cm
35 kg
Dondolino 2
(62 - 82) cm
45 kg
Dondolino 3
(71 - 93) cm
45 kg
Figura 1.6. Bipedestador Dondolino (www.ormesa.com)
10
Las partes regulables de este equipo son:

Mesa regulable en altura, profundidad e inclinación.

Chasis regulable en inclinación; varía según el modelo (0°-19°, 0°-14° y
0°-11°).

Soporte de rodillas regulables en profundidad, anchura, sentido de
rotación y altura.

Soportes de talones regulables en profundidad y anchura.

Base regulable en altura.

Soporte pélvico regulable en altura, en sentido antero-posterior y en
circunferencia con velcro.
Este bipedestador utiliza un mecanismo de pistón de gas para regular el ángulo
de inclinación, para el resto de los elementos emplea un mecanismo de tornillo
prisionero y para el pivote de la mesa una leva de apriete.
Bipedestador Cat 2 Invento
El estabilizador postural Cat 2 Invento, (figura 1.7), producido por Akces-med
(Polonia), está diseñado para ayudar a la verticalización y la rehabilitación
activa de pacientes con parálisis en las extremidades inferiores y del tronco.
Está construido en su mayor parte de madera, plástico y tapicería de colores
llamativos, para que a los usuarios les sea más fácil relacionarlo con un
juguete. Gracias a la gran cantidad de ajustes que dispone es considerado un
producto de apoyo muy versátil, dependiendo de las necesidades del usuario
puede pasar de ser un bipedestador prono a uno supino sin complejidad.
Figura 1.7. Bipedestador CAT 2. a) Posición supina, b) Posición prona
(www.ortosoluciones.com)
11
El sistema de inclinación es accionado por un pistón de gas con freno manual e
incluye un indicador de inclinación. Posee fijaciones ajustables acolchadas para
la cabeza, el tórax, la pelvis, las rodillas y un estabilizador de tobillo, que le
brindan al usuario seguridad en el proceso de rehabilitación. Está diseñado
para soportar una carga máxima de 45 kg y trabajar en un rango de altura de
75 a 135 cm para la posición supina, de 95 a135 cm para la posición prona con
un peso máximo de 24 kg.
Bipedestador Buffalo
El bipedestador Buffalo fabricado por R82 (EE.UU) puede utilizarse tanto en
decúbito prono como decúbito supino (figura 1.8). Está construido sobre una
amplia plataforma rectangular de sección cuadrada y un soporte superior
acolchado más estrecho, que permite al usuario libertad de movimientos.
Posee cintas transversales para mantener al infante en una posición fija.
Figura 1.8. Bipedestador Buffalo (www.supace.com/buffalo)
Este bipedestador está concebido para tres tallas (Figura1.3), permite su
utilización en pacientes desde un año hasta la edad adulta. Ostenta múltiples
accesorios (soportes para pecho, mesa de madera para posición de cúbito
supina, soportes laterales y otros) para mejorar la seguridad y confort del
equipo; además posibilita una mejor interacción del paciente con el entorno.
Tabla 1.3: Ficha técnica bipedestador Buffalo
Talla
bipedestador Buffalo 1
carga máxima
(75 – 115) cm
50 kg
12
bipedestador Buffalo 2
(90 -135) cm
70 kg
Este equipo posee un sistema de inclinación propulsado por un pistón de gas
para la talla 1 y de accionamiento manual para las tallas 2 y 3 (el mecanismo
de inclinación eléctrico disponibles para estas no forma parte de los elementos
originales del equipo), capaz de posicionar al usuario en un rango de 0°- 90°.
Bipedestador Standy 3
Este estabilizador es construido por Ormesa (Italia), utilizado para mantener en
posición vertical al usuario. No es declinable, pero combinado con una silla de
ruedas permite que el infante pase de la posición de sentado a la bípeda. Es un
producto de apoyo (figura 1.9) diseñado para uso en interiores. Posee una
mesa de madera revestida de laminado plástico y un chasis de altura regulable
con un mecanismo de tornillo de presión. Este chasis está apoyado sobre una
chapa de aluminio lagrimada antideslizante, utiliza pintura para el chasis de
polvo de poliéster y de epoxipoliéster no tóxicas; cuenta con un dispositivo de
empuje posterior, un soporte pectoral acolchado y sujeciones para las rodillas,
la espalda baja y el talón.
Figura 1.9. Bipedestador Standy 3 (www.ortoweb.com)
El Standy 3 tiene un peso de 28,9 kg con una capacidad máxima de 90 kg y
una altura de trabajo comprendida entre 84 y 120 cm. El diseño conceptual de
este modelo se pensó para desarrollar su función de manera estática (se le
13
puede incorporar la serie de 4 ruedas 861), aunque se consigue desplazarlo
mediante un par de ruedas frontales si no está en uso.
Bipedestador Nela
El bipedestador autopropulsable Nela, de origen italiano y fabricado por la
empresa Colombo, tiene un diseño innovador que le permite al usuario
mantener la posición bípeda con sujeciones que no afectan la libertad de
movimiento de los miembros superiores. Posee un mecanismo de inclinación
delantero graduable de 0°-10° permitiéndole buscar la mejor posición para el
autoempuje. Este equipo posee varios accesorios para brindar seguridad y
confort al usuario además de permitirle una mejor autonomía e interacción con
el entorno, entre los que se encuentran: reposapiés, soportes pélvicos,
controles de tronco, soporte de rodillas, soporte de glúteos y la mesa.
Figura 1.10. Bipedestador Nela (www.supace.com/nela)
Está concebido en tres tamaños para un rango de tallas predeterminado:
Tabla 1.4: Ficha técnica bipedestador Nela
Talla pequeña
(70 - 100) cm
Talla mediana
(100 - 140) cm
Talla grande
(140 - 170) cm
14
Bipedestador: supino Rifton E40
El bipedestador Rifton E40, (figura 1.11), de fabricante con igual nombre es un
producto norteamericano, utilizado para mejorar el control postural y mantener
en posición bípeda a personas que carecen del suficiente control gravitatorio de
la cabeza y de la cintura escapular. Presenta buen ajuste al cuerpo utilizando
para ello chinchas de cadera, pecho y piernas, posee una parte superior
abatible, útil para trabajar el control de cabeza del usuario y reposabrazos
ajustables en altura e inclinación. Su inclinación puede ser regulada en un
rango de 0°- 85° y la estructura combina el uso de metales y madera ofreciendo
rigidez y estabilidad al conjunto. Este bipedestador está recomendado para
personas con una altura entre 75 y125 cm y un peso de 45 kg.
Figura 1.11. Bipedestador E420 (www.rifton.com)
Bipedestador Dalmatian Invento
Dalmatian Invento por Akces-med (Polonia), es empleado como una silla de
rehabilitación en la adaptación temprana del niño a la sedestación y como un
bipedestador estático en las fases posteriores de la rehabilitación. Dalmatian
(Figura 1.12), está equipado con un sistema eléctrico de inclinación que
permite modificar la posición del usuario en un rango de 0°- 90°.
15
Figura 1.12 a) Posición vertical
b) Posición horizontal
(www.tutiendaortopedia.com)
La mayoría de los elementos de este equipo están construidos de madera y
plástico, favoreciendo la relación peso-resistencia.
Equipamiento estándar:

Estructura con ruedas equipadas con frenos

Reposacabezas

Acolchado de apoyo dorso lumbar

Controles laterales de tronco

Cinturón pélvico HOLD&PULL

Estabilizadores de rodillas acolchados

Reposapiés individuales con sistema de ajuste en las tres dimensiones

Bandeja

Chaleco HOLD&PULL

Accionador eléctrico con mando a distancia
Este producto posee tres tamaños para ciertos rangos de talla y pesos
predefinidos:
Talla1: < 90 cm y 25 kg
Talla2: (80 -130) cm y 45 kg
Talla3: (100 -165) cm y 60 kg
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Bipedestador: Carcasa de bipedestador a medida
Carcasa de bipedestador a medida, (figura 1.13) producido por Handy Free
Solutions
(España),
utiliza
el
molde
en
escayola,
las
mediciones
antropométricas y el escáner en 3D para construir un bipedestador a medida,
capaz de colocar en posición vertical a niños con deficiente control postural.
Este equipo está fabricado con polietileno de alta densidad de 10 mm de
espesor, en proceso de termoformado al vacío; posee un acolchado interno de
espuma microporosa de 1 cm y chinchas para fijar al usuario.
Figura 1.13. Carcasa Bipedestadora a medida (www.handyfs.com)
Figura 1.14. Chasis de Carcasa Bipedestadora a medida (www.handyfs.com)
17
El molde a medida (tabla 1.5) es compatible con varios chasis fabricados por la
misma marca, el uso de uno u otro depende de la talla del usuario y de la
estrategia de bipedestación a seguir:
Tabla 1.5: Ficha técnica Carcasa bipedestadora a medida
Talla
Peso
Edad
1,20 m
20 kg
6 años
1,30 m
30 kg
9 años
1,50 m
50 kg
14 años
Chasis Echo Vertic
1,20 m
20 kg
6 años
Chasis Plimo 2
1,20 m
20 kg
6 años
Chasis Jumbo Junior
1,60 m
60 kg
Chasis Jumbo Cadet
1,40 m
40 kg
Chasis Vertilo
Bipedestador: Totstander
Este bipedestador prono estático (figura 1.15), producido por Leckey (España),
ha sido diseñado para cumplir las necesidades del niño en la fase inicial al
ponerse de pie. Es muy ligero y compacto por lo que facilita su transportación.
Sus partes están construidas con madera, plástico y tubos metálicos de perfil
circular. Posee mecanismos de sujeción para los pies, las rodillas, la pelvis y el
pecho. Utiliza tornillos prisioneros para regular estos mecanismos en las
posiciones requeridas y velcro y correas para fijar y brindar seguridad al
usuario. Está diseñado para niños de 1 a 5 años, posee una altura máxima de
la placa para el pecho de 64 cm y una altura mínima de 47 cm.
Figura 1.15. Bipedestador Totstander (www.ortosoluciones.com)
18
Bipedestador Virmedic:
Este modelo (figura 1.16) fabricado por Virmedic Winncare (España-Francia)
está diseñado para el uso en interiores, posee una mesa inclinable que permite
combinar la bipedestación con otras actividades. Todo el conjunto puede
inclinarse formando un ángulo de hasta 45° respecto a la vertical; el
mecanismo de inclinación tanto para la mesa como para el conjunto es el de
tornillo prisionero; ostenta una base extensible para darle mayor estabilidad.
Las fijaciones están ubicadas en los talones, rodillas, caderas, glúteos y torso,
además puede incluir un separador acolchado ubicado entre las piernas.
Figura 1.16. Bipedestador Virmedic a) Vista isométrica b) Vista posterior.
(www.virmedic.com)
Para este bipedestador las dimensiones varían según la talla para las que está
diseñado cada modelo:
Tabla 1.6: Ficha técnica bipedestador Virmedic
Altura de trabajo (M)
Carga máxima
Talla S
(51 - 107) cm
50 kg
Talla M
(70 - 130) cm
100 kg
Talla L
(105 - 123) cm
120 kg
Para el análisis de los modelos se respetaron los términos utilizados en los
catálogos y bases de datos utilizadas.
19
Tabla 1.7. Resumen de tipologías
Nombre
Bipedestador
Fabricante
Precio
Sitios
web
Venta
Dondolino
Ormesa
1295 €
Ortoweb
1950 €
Ortosoluciones
1800 €
Supace
1350 €
Ortoweb
2500 €
Supace
(Italia)
Cat 2
Akces-Med
(Polonia)
Buffalo
R82
(EE.UU)
Standy
Ormesa
(Italia)
Nela
Colombo
(Italia)
20
de
E420
Rifton
2990 €
Rehagirona
2940 €
Tutienda
(EE.UU)
Dalmatian
Akces-Med
(Polonia)
ortopedia
Carcasa
Handy Free Solo se
Handyfs
Bipedestadora
Solutions
comercia-
(España)
liza en
España
Totstander
Leckey
1275€
Ortosoluciones
(España)
Virmedic
Virmedic
Está fuera Virmedic
Winncare
del
(España-
mercado
Francia)
21
1.3 Beneficios del tratamiento con bipedestadores.
Las lesiones neurológicas alteran el control de la postura y los requisitos para
el movimiento normal. En consecuencia, el papel que desempeña el
equipamiento utilizado como parte de los tratamientos de rehabilitación es
fundamental, debido a que éste favorece la organización sensorial y motriz de
la persona, ayuda a mantener los avances logrados durante la terapia y hace
posible la integración del paciente a su vida cotidiana.
Según lo investigado por Saavedra-García-San Antonio (2016), las personas
con este tipo de discapacidad permanecen excesivos períodos de tiempo
sentadas en sillas de ruedas o acostadas, lo que genera una serie de
trastornos asociados a la posición y a la falta de actividad. Entre los principales
inconvenientes de este tipo de pacientes están los de tipo vascular,
osteoarticular, limitación en las actividades físicas residuales y las relaciones
sociales. Para tratar estos casos se recurre a la fisioterapia, donde la
bipedestación se plantea como una salida primordial en la rehabilitación.
En el caso de los niños con lesiones neurológicas, el empleo de un
equipamiento adecuado que les permita sostener la postura es esencial para la
prevención de futuras patologías relacionadas con la formación y el crecimiento
de los huesos. Por ejemplo, asistiendo a un niño a pararse y a caminar
respetando el tiempo evolutivo normal, se contribuye a la correcta formación de
las articulaciones de la cadera, evitando situaciones que podrían tener
derivaciones quirúrgicas en un futuro.
Fernández García (2013) expone que los bipedestadores son ayudas técnicas
cuya función principal es mantener erguida a una persona que no puede
hacerlo por sí misma y se trata normalmente de estructuras pasivas dotadas de
una serie de fijaciones que se soportan sobre una plataforma inferior, a
menudo con cuatro ruedas para poder desplazarla con ayuda de otra persona.
La parálisis cerebral infantil afecta el sistema nervioso de los pacientes y por
ende la movilidad del cuerpo, dígase piernas, brazos o tronco. Por ello, según
Tierno (2015), la privación de varios movimientos trae consigo una serie de
riesgos que pueden evitarse en su mayoría utilizando sistemas o estrategias
22
que ayuden a estar de pie, aunque sea períodos cortos de tiempo. Algunos de
los aspectos positivos de introducir la verticalización son:
Sistema óseo: La inmovilidad, la osteopenia fisiológica, favorecen a la
desmineralización ósea. Es necesaria una verticalización precoz y dinámica
basada en balanceos laterales o verticalizaciones repetidas de corto tiempo.
Sistema tisular: La verticalización modifica los puntos de apoyo disminuyendo
así el riesgo de úlceras por presión.
Sistema cardiovascular: La inmovilización lleva a una desadaptación al
ortostatismo, por ello, la verticalización favorecerá la reactividad de los
barorreceptores. Así mismo si se acompaña de balanceos o se hacen cargas y
descargas repetidas y cortas, se estimula el retorno venoso disminuyendo la
hinchazón de las piernas y mejorando la circulación.
Sistema respiratorio: Mejora la colocación de la pelvis, del raquis y de la caja
torácica, con lo que los abdominales están más libres y disminuye la presión
sobre las vísceras abdominales; todo ello hará que el volumen respiratorio
aumente.
Sistema gastrointestinal: La verticalización supone un estímulo del
peristaltismo y facilita la evacuación regular.
Sobre el sistema neuromuscular: La verticalización ayuda a prevenir la
retracción de musculatura espástica (flexores de cadera, tríceps sural: la carga
es el factor capaz de intervenir con más eficacia en este sentido). Mejora la
alineación y disminuye contracturas. Durante la verticalización tiene lugar una
solicitación de la musculatura erectora espinal (fundamental para la estabilidad
que permite el movimiento). Contribuye además, a la salud de la neurona
motora al estimularse los receptores de la cinestesia a través de los receptores
de presión y los huesos neuromusculares.
Aspecto psicológico: Verticalizarse significa para el paciente sentirse a la
misma altura que los demás, tener una imagen corporal “normal”; para los
pacientes en silla de ruedas significa además salir de su minusvalía
23
temporalmente. Aunque hay que tener cuidado con las falsas expectativas, la
verticalización puede contribuir al aumento de la autoestima.
A modo de resumen es posible plantear que entre los principales beneficios del
uso de los bipedestadores en niños con este padecimiento se encuentran:

Proporciona una correcta alineación anatómica del tronco y las
extremidades inferiores.

Mantiene el contenido de calcio en los huesos, previene la osteoporosis
y por lo tanto posibles fracturas, causadas por debilitamiento óseo.

Previene retracciones músculo-tendinosas.

Activa la circulación sanguínea tanto en su componente cardíaco como
periférico.

Facilita la respiración. Aumenta el consumo de oxígeno, favoreciendo la
expansión pulmonar.

Aumenta el peristaltismo intestinal, previene el estreñimiento.

Permite la descarga temporal de la zona isquiática, previniendo así la
aparición de úlceras por presión en dicha zona.

Proporciona un beneficio psicológico al paciente por darle la oportunidad
de estar de pie.

En pacientes en estado de mínima conciencia, favorece la atención
arousal y la exploración del entorno.

Mejora y desarrolla el equilibrio de la parte superior del cuerpo.

Ayuda a generar fuerza en los músculos anti-gravitatorios.

Desarrolla la tolerancia y resistencia muscular para la bipedestación.
Disímiles son los beneficios de este dispositivo, sin embargo, la falta de
dispositivos adecuados para controlar la postura, tanto en posición erguida
como sentada, es una de las principales necesidades detectadas a la hora de
encarar tratamientos de rehabilitación.
En consecuencia, un buen diseño tiene que resolver muchas variables al
mismo tiempo: que resulte fácil de operar y apropiado a cada necesidad, que
sea atractivo y no genere rechazo en los demás, que pueda ser accesible en
24
tiempo y en precios. En síntesis, se trata de brindar a los pacientes la mayor
calidad de vida y devolverle las mejores capacidades funcionales.
25
Conclusiones Parciales
A lo largo de este primer apartado se realizó un análisis sobre los
bipedestadores y sus características principales, determinando su utilidad como
producto de apoyo.
Posteriormente se efectuó una exhaustiva revisión de los diferentes tipos de
bipedestadores, teniendo en cuenta su funcionalidad, versatilidad, simpleza de
mecanismos, nivel de tecnología y costo en el mercado. Por las características
constructivas se determinó que los patrones a tomar en cuenta para el diseño
del bipedestador serán los modelos Dondolino, Standy y Virmedic.
26
CAPÍTULO II. ANÁLISIS DE SISTEMAS. SELECCIÓN DE MECANISMOS
AFINES.
En el curso de la investigación desarrollada se encausó un proceso de
búsquedas bibliográficas, tecnológicas y terapéuticas, asociadas a los medios
técnicos de rehabilitación destinados al tratamiento de la patología previamente
identificada en la introducción de esta investigación. Se desarrolló una
exhaustiva exploración dirigida en dos direcciones, la primera dedicada a los
medios desarrollados por diferentes fabricantes y su funcionamiento, la
segunda enfocada al nivel de dificultad tecnológica de estos equipos.
Al realizar el presente estudio de comparaciones y análisis de rigor se procedió
a depurar la información recopilada, concentrando el proceso investigativo en lo
que a criterio del diseñador se ajustaba a las premisas básicas y a la idea
conceptual del equipo objeto de este proyecto. Garantizando así el
cumplimiento de los requisitos, exigencias técnicas y prestaciones previstas en
la tarea técnica de la investigación.
Los equipos analizados en el capítulo anterior aportan soluciones y
mecanismos útiles para el diseño de la presente investigación, tomándose
como mayor referencia los bipedestadores Dondolino, Standy 3 y Virmedic, los
cuales se adaptan a las características y equipamientos técnicos disponibles en
las empresas que poseen las capacidades tecnológicas para fabricar estos
productos en el país.
27
2.1 Selección de partes y mecanismos
Bipedestador Virmedic:
Figura 2.1. Bipedestador Virmedic vista lateral. (www.virmedic.com)
Para facilitar el análisis se ha decidido dividir en partes el equipo:
Base
Estructura móvil inferior
Estructura móvil superior

Base:
La base de este bipedestador es extensible de tal manera que la unión de sus
dos estructuras forma un rectángulo, utiliza tornillos de presión para regular su
desplazamiento y emplea soldadura para fijar los perfiles.
a) Vista isométrica
b) Vista lateral
Figura 2.2. Estructura base del bipedestador Virmedic. (www.virmedic.com)
28
La parte fija de esta estructura posee dos travesaños en su parte inferior, que
son el apoyo de la estructura móvil cuando se encuentra en posición vertical.
Tabla 2.1: Ficha técnica bipedestador Virmedic
Largo de la base (A)
Ancho de la base:
Virmedic Small
(51 - 107) cm
49 cm
Virmedic Medium
(70 - 130) cm
55 cm
Virmedic Large
(105 - 123) cm
62 cm

Estructura móvil inferior:
Esta estructura está construida a partir de perfiles de acero que forman una
plataforma destinada a soportar y fijar al usuario; en su superficie se
encuentran dos columnas verticales, unidas por soldadura, las cuales poseen
un travesaño en donde se acopla el extremo superior del mecanismo de
inclinación principal. Los mecanismos que conforman la estructura son:
o Mecanismo de inclinación principal:
Se construye bajo criterios de determinada robustez porque está sometido a
cargas moderadas en la posición de máxima deflexión angular (45°).
o Mecanismo de fijación de rodillas:
Posee desplazamientos lineales en los ejes X, Y, Z utilizando un sistema de
guía deslizante-vaina-pasador para regular la traslación. (Figura 2.3)
Figura 2.3. Mecanismo de fijación de rodillas bipedestador Virmedic.
(www.virmedic.com)
29
Tabla 2.2: Ficha técnica bipedestador Virmedic
Altura de la fijación de rodillas
Virmedic Small:
Virmedic Medium
Virmedic Large
(22 - 32) cm
(27 - 42) cm
(43 – 60) cm
Distancia de las fijaciones
acolchadas de rodilla
(15 - 28) cm
(18 - 32) cm
(19 - 36) cm
o Mecanismo de fijación de talón:
Este sistema utiliza un tornillo prisionero y una pieza plástica ranurada para
regular el movimiento rotatorio en el eje Z y la traslación en los ejes X e Y, de
tal manera que los agujeros realizados a la placa base regulan la distancia
entre los pies mientras la pieza plástica ranurada fijada a la sujeción de talón
regula el desplazamiento a lo largo de la base. La combinación de ambos
posibilita el movimiento giratorio respecto al eje Z, siempre dependiendo de la
presión ejercida por el tornillo a la pieza plástica (figura 2.4).
Figura 2.4. Sujeción de talón. (www.virmedic.com)

Estructura móvil superior
En esta estructura se incluyen los mecanismos de fijación de tronco, glúteos, la
mesa de trabajo y sus respectivos sistemas de desplazamiento y regulación,
estos poseen desplazamientos independientes; para realizar su función
dependen del mecanismo que regula la altura del equipo, el cual está
constituido por dos tubos verticales que se introducen dentro de otros ubicados
en la estructura móvil inferior.
30
o Mesa de trabajo
La mesa de trabajo (figura 2.5) posee un soporte construido a partir de perfiles
tubulares. El tablero fabricado en madera cepillada y pulida por ambas caras
crea una sensación agradable y confortable. Posee un sistema de graduación
hasta 45° compuesto por un sistema de guía deslizante-vaina pasador.
Figura 2.5. Vista isométrica de la mesa. (www.virmedic.com)
o Mecanismos de fijación superiores (glúteos, caderas, abdomen)
El mecanismo que facilita el ajuste de la posición erecta a la altura de la región
de los glúteos (figura 2.6) posee una construcción ergométrica y acolchonada,
se fija en la posición conveniente con la ayuda de tornillos de presión y
sistemas vaina-guía deslizante. Este sistema también es utilizado en los otros
mecanismos de fijación superiores (fijación de caderas, abdomen).
Figura 2.6. Vista de los accesorios superiores. (www.virmedic.com)
El bipedestador Virmedic se destaca en los análisis técnicos efectuados por
sus potencialidades para cumplimentar las exigencias de carácter terapéutico a
él encomendadas. Posee una construcción sólida con varios sistemas y
mecanismos, adosados a los diferentes subconjuntos que conforman el artículo
y que son imprescindibles para asegurar el funcionamiento del mismo. Esta
característica favorece la tendencia a una relativa relación peso del equipocarga máxima admisible que se ubica entre un 33 % a un 40 %. Ello marca una
31
tendencia a ser un implemento pesado lo que puede traducirse en dificultades
para su operación.
El punto de pivote desplazado hacia una posición próxima a la superficie del
suelo, crea un determinado compromiso con la estabilidad, lo que ha obligado a
sus diseñadores a elegir un bastidor que favorezca al incremento, la distancia
entre ruedas y unos extensores para incrementar la batalla con el objetivo de
concederle mayor estabilidad, factor que disminuye su capacidad de empleo en
espacios limitados.
Fueron las valoraciones previamente señaladas las que propiciaron que de
este equipo sólo se tuvieran en cuenta algunos elementos y conceptos básicos,
que se incorporaron al diseño del bipedestador objeto de este proceso
investigativo; no obstante, en sentido general la apreciación es que el
bipedestador Virmedic posee un buen concepto de diseño general y en las
condiciones que favorecen su máxima operatividad (las cuales seguramente
fueron
evaluadas
con
minuciosidad
por
sus
diseñadores)
cumple
eficientemente con sus prestaciones.
Bipedestador Dondolino:
Figura 2.7. Bipedestador Dondolino (www.ormesa.com)
Para el análisis del bipedestador Dondolino se ha decidido dividirlo en tres
partes:

Base del equipo

Estructura principal

Partes móviles
32

Base:
La estructura de la base está formada por tres tubos de acero, dos de igual
construcción que sirven de apoyo en donde se acoplan las ruedas mellizas y el
mecanismo de pivote. El tercero de estos funciona como elemento de unión,
que puede ser por soldadura o combinando pares tornillo-tuerca con pestañas
en cada extremo; en este se encuentra el mecanismo de inclinación principal
del conjunto. El doblado de los tubos de apoyo es estéticamente atractivo y
provee mayor estabilidad; un agujero pasante en el eje del tubo y a su altura
máxima permite colocar los tornillos de pivote.
El largo máximo y el ancho de la base están dados por las siguientes
dimensiones:
Tabla 2.3: Ficha técnica bipedestador Virmedic
Largo (B):
Ancho (G):
Dondolino 1
63 cm
62 cm
Dondolino 2
76 cm
68 cm
Dondolino 3
83 cm
72 cm
Figura 2.8. Vista lateral bipedestador Dondolino (www.ormesa.com)

Estructura Principal:
Esta parte del equipo es la de mayor peso tecnológico, donde intervienen la
mayor cantidad de procesos, componentes y materiales y es el soporte de los
accesorios móviles. Su construcción está dada por dos tubos doblados en U,
33
(para los modelos dos y tres se le agrega otro tubo para regular la altura de la
mesa, ya que a la sujeción de tronco se incorpora otra banda de velcro con un
mecanismo de regulación independiente). Estos tienen una relación de
paralelismo entre sí; en el espacio entre ambos se coloca mediante tornillos el
sistema de sujeción plástico que regula para el reposapiés con su fijación de
tobillo incorporada y el mecanismo de fijación de rodillas el desplazamiento en
el eje Z; este mecanismo de sujeción aloja el tornillo o pasador que permite el
pivote o inclinación del conjunto general.

Partes móviles:
o Mecanismo de inclinación principal (pistón de gas):
El bipedestador Dondolino posee un sistema de inclinación constituido por un
pistón de gas y un pedal. El funcionamiento de este mecanismo (Figura 2.9)
consiste en el aprovechamiento de la fuerza de empuje provocada por la
presión que realiza el gas sobre la superficie del émbolo de mayor área (A)
expulsando el vástago. Un taladrado realizado al embolo permite que el gas se
desplace y equilibre la presión cuando el equipo se fije en una posición.
Figura 2.9. Ejemplo de pistón de gas. DICTATOR Española (2006).
Los grados de inclinación del equipo son para el Dondolino 1 de 0°-19°, en el
caso del Dondolino 2 de 0°-14° y Dondolino 3 de 0°-11°.
o Mecanismo de inclinación de la mesa:
El mecanismo de giro con leva axial consiste en un sistema de apriete rápido,
que presiona mediante una leva axial un buje al cual está soldado un tubo que
funciona como soporte para la mesa. El movimiento de la leva fija o libera el
buje permitiendo la rotación hasta la posición de trabajo.
34
Figura 2.10. Mecanismo de inclinación de la mesa (www.ormesa.com)
o Mecanismo de regulación de las fijaciones inferiores:
Dentro de este subconjunto se encuentran el reposapiés, la fijación de tobillo y
la fijación de rodillas. Utilizando una combinación de elementos pueden ser
regulados sus desplazamientos lineales en los ejes X (abrazadera elásticatornillo de apriete), Y (guía deslizante-buje-tornillo de presión) y Z (tornillo de
presión-pieza plástica ranurada).
o Mecanismo de regulación de las fijaciones superiores:
Para los modelos del Dondolino 2 y 3 la sujeción de tronco posee dos bandas
de velcro, (figura 2.11). La banda de velcro que fija el tronco del usuario está
unida a dos tubos que se introducen en el interior de los de la estructura
principal, permitiendo que sean regulados mediante tornillos prisioneros los
desplazamientos lineales y rotatorios del eje Z.
Figura 2.11. Vista posterior bipedestador Dondolino (www.ormesa.com)
35
Tabla 2.4: Ficha técnica bipedestador Dondolino
Regulación de altura
Regulación de
Regulación de altura
del fijador de rodillas
altura del fijador de
del fijador de tronco L
H
tronco I
Dondolino 1
(18 - 31) cm
(39 - 57) cm
-
Dondolino 2
(23 - 44) cm
(44 - 70) cm
(60 - 86) cm
Dondolino 3
(23 - 54) cm
(59 - 61) cm
(76 -110) cm
Concluyendo con el análisis del bipedestador Dondolino, se observa que la
base es construida con elementos con perfiles tubulares elaborados en acero y
curvados en una máquina especial que permite lograr combinaciones de radios
y ángulos en un mismo plano con elevada precisión confiriéndole una excelente
rigidez y buena resistencia a las cargas. El sistema de pivote situado a la altura
media del equipo le concede buena estabilidad y reduce los riesgos de vuelco.
El basamento principal para el usuario o reposapiés, construido en madera,
garantiza la rigidez y el confort, ofreciendo adicionalmente una buena
estabilidad térmica, lo que favorece que en días invernales y lluviosos el
paciente no sufra la sensación desagradable de percepción de frío en la
superficie plantar. La rotación del elemento móvil del bipedestador está dada
por la combinación del sistema de pivote con la traslación lineal realizada por el
pistón de gas.
La mesa de trabajo y su mecanismo de rotación angular (combinación de buje
y leva axial) garantiza la posición relativa de ella con respecto a la horizontal a
reserva de la inclinación que sea fijada en el bipedestador.
Los mecanismos que permiten la posición erguida del paciente al bipedestador
constituyen una solución versátil y flexible a los requisitos operacionales del
mismo, proveyendo de los ajustes necesarios para mantener la postura
correcta del paciente durante su permanencia en el equipo. Todos los
elementos empleados y los conceptos que fundamentan su explotación
evidencian una profundidad conceptual del diseño y una minuciosa adecuación
de este a las necesidades y requerimientos de los procederes terapéuticos. Por
todo lo antes expresado es evidente que se está ante un modelo muy
36
compacto, que brinda variadas facilidades en el proceso de explotación y
asegura un buen confort a los usuarios, cumple además con solvencia las
exigencias de la tarea técnica que determinaron su diseño y posterior
fabricación. Obviamente el bipedestador Dondolino muestra por parte de sus
diseñadores cierta tendencia a soluciones constructivas de complejidad
tecnológica y al uso de elementos fabricados a base de plásticos, lo cual
precisa del empleo de moldes fabricados en metal, lo que solo es
económicamente viable si se trata de la fabricación de series importantes. El
costo y la relativa complejidad de ciertas partes, piezas, mecanismos y
agregados del bipedestador Dondolino hacen del mismo un producto
relativamente caro.
Bipedestador Standy 3:
Figura 2.13. Bipedestador Standy 3 (www.ortoweb.com)
Para una mejor comprensión del bipedestador Standy 3 se ha decidido dividir el
análisis de sus componentes en dos grupos:

Estructura base

Partes móviles
Figura 2.14. Vista lateral de la estructura base del bipedestador Standy 3.
(www.ortoweb.com)
37

Estructura base:
Comprende el reposapiés y los tubos adosados a este que combinados con
tornillos de presión permiten la regulación de la altura del bipedestador y de las
fijaciones para las rodillas. La base posee dos apéndices en su parte posterior
y unos bujes distribuidos en el plano más cercano al suelo que el ensamble de
ruedas a su estructura. En su parte frontal se le han incorporado dos ruedas
pequeñas para su desplazamiento de la forma en la que se muestra en la figura
2.15.
Figura 2.15. Método de traslación del bipedestador Standy 3. (www.ortoweb.com)
El ancho y el largo total de la base son 69 cm y 76 cm respectivamente. Es
necesario aclarar que estas dimensiones son los límites máximos de la
estructura, por lo que no ha de utilizarse como referencia exacta para el área
de la superficie donde se apoya el usuario.

Partes móviles:
Dentro de esta sección se incluyen los accesorios de fijación y otros
componentes que regulan su desplazamiento.
o Anillo apoyamanos y dispositivo de impulso posterior de pelvis:
Este mecanismo posee una traslación lineal en el eje Z, regulando con su
movimiento la altura del dispositivo de impulso posterior de pelvis (3). Su
construcción principal está formada por cinco tubos. El que da nombre a la
estructura posee un doblado en U y se conecta con los otros cuatro formando
una T, que poseen un indicador de altura como se muestra en la figura 2.16.
38
Figura 2.16. Vista lateral del anillo apoyamanos. (www.ortoweb.com)
Mediante soldadura se le han ensamblado dos tubos que funcionan como
guías para el dispositivo de impulso posterior de pelvis y otros dos en posición
vertical para la mesa de trabajo como se muestra en la figura 2.17.
Figura 2.17. Dispositivo impulsor de pelvis. (www.ortoweb.com)
Este dispositivo posee un movimiento lineal paralelo a la superficie de apoyo y
es fijado mediante un tornillo de presión.
o Soporte de rodillas:
El mecanismo que regula los movimientos del soporte de rodillas, (figura 2.18),
está compuesto principalmente por dos tubos en posición vertical, acoplados a
la base y un perfil rectangular que funciona como travesaño que se desplaza
linealmente por los elementos antes referidos (2). En el perfil se encuentran
dos piezas plásticas con abrazaderas que se deslizan por la superficie de este
permitiendo regular la distancia entre las piezas acolchadas que están en
contacto con las rodillas (3), las cuales son fijadas por un tornillo de presión.
Los mecanismos de fijación son asegurados en la mayoría de los casos por
39
tornillos de presión incluyendo la regulación de profundidad de los elementos
acolchados (1).
Figura 2.18. Vista en detalle del sistema de fijación de rodillas. (www.ortoweb.com)
o Soporte pectoral:
Este mecanismo de sujeción está compuesto por un tubo corredera que se
introduce en una vaina, la cual posee un tornillo de presión. El movimiento del
tornillo fija ambos elementos regulando los desplazamientos en el eje Z, en uno
de sus extremos posee una pieza acolchada en forma de arco la cual es la
encargad de mantener al usuario en la posición establecida.
a) Vista posterior
b) Vista lateral
Figura 2.19. Soporte pectoral del Standy 3 (www.ortoweb.com)
40
o Fijación de talón:
Figura 2.20. Fijador de talón. (www.ortoweb.com)
Este sistema posee tres movimientos: uno de rotación alrededor del eje Z y
otros dos de traslación en los ejes X, Y. El mecanismo diseñado para regular el
desplazamiento utiliza un tornillo prisionero y una pieza plástica ranurada que
regula el movimiento en el eje Z, la traslación en los ejes X, Y, es regulada
mediante la acción de un tornillo de presión, los agujeros realizados a la placa
base y la pieza plástica ranurada.
o Apoyacabeza:
El apoyacabeza utiliza un mecanismo de tornillo de presión para fijar su
estructura y regular su altura. (Figura 2.21).
Figura 2.21. Apoyacabeza Bipedestador Standy 3. (www.ortoweb.com)
El bipedestador Standy 3 es un equipo robusto y estable con buena regulación
de los sistemas de fijación. Destaca su capacidad de incorporar accesorios, lo
cual busca agregar a este producto versatilidad. Tiene en contra ser un equipo
pesado (28.9 kg), algo que atenta contra su manipulación y transporte. Por otro
lado aunque es positivo el hecho de que pueda asimilar accesorios es también
41
contraproducente que estos accesorios no estén incluidos en el precio inicial de
adquisición (tabla 1.2). En general posee mecanismos sencillos de fácil
manipulación y construcción. Es capaz de trabajar con una carga máxima de
90 kg, la cual es bastante alta si se tiene en cuenta que este es el modelo para
niños.
Tras el análisis de los diseños Virmedic, Standy 3 y Dondolino, en el cual se
tuvieron en cuenta sus caracteristicas positivas y negativas, se procede a la
selección y valoración de los sistemas y mecanismos afines al diseño objeto de
la investigación.
Base del bipedestador:
Figura 2.22. Bipedestador Dondolino
Se realizó el proyecto técnico de la base del bipedestador de la investigación
tomando como referencia la aplicación que propone el modelo de bipedestador
Dondolino de fabricación italiana, ello no significa hacer una réplica exacta de
la estructura citada, sino valorar objetivamente la funcionalidad de ese
esquema y sus ventajas de carácter tecnológico.
Lo anterior responde a la simplicidad de la solución de la estructura soporte del
bipedestador, provista de una elevada rigidez que asegura una gran estabilidad
durante su empleo en los procesos de rehabilitación terapéutica y posee una
baja complejidad en las diferentes etapas de su proceso de fabricación. La
elección de perfiles de sección redonda, fabricados a partir de acero laminado
en frío, proporciona un bajo índice de rugosidad superficial, asegura una
construcción sólida y una aceptable exactitud tecnológica, además de una
42
presencia agradable a la vista, sensación de confort al tacto y seguridad al
agarre.
Mecanismo de inclinación de la mesa de trabajo: (Figura 2.23)
Figura 2.23. Mesa inclinable del bipedestador Virmedic
El bipedestador Virmedic está provisto de un mecanismo que asegura la
posición de la mesa de trabajo paralela a la superficie del suelo en los
diferentes ángulos de inclinación durante el funcionamiento del equipo de
referencia y con las correspondientes diferencias en el orden constructivo y
dimensional. Desde el punto de vista funcional se aprecia una gran
aproximación a la solución que se propone en el presente trabajo de grado, ya
que se considera que entre las diferentes variantes analizadas esta es la más
óptima.
El mecanismo está compuesto por un vástago deslizante provisto de una línea
de agujeros ciegos, espaciados a intervalos regulares que se desplaza a través
de una vaina cilíndrica fija, con un mecanismo de tornillo-tuerca solidario para
asegurar el posicionamiento de la mesa.
Accesorio ajustable para fijación de talón:
Figura 2.24. Base del bipedestador Dondolino
43
Para la concepción del accesorio ajustable para fijación de talón se evaluaron
un grupo de soluciones utilizadas por los diferentes fabricantes de
bipedestadores
tomados
como
objeto
de
exploración
tecnológica,
procediéndose a la decantación de la solución propuesta por el modelo
Dondolino (Fig. 2.24), la cual está compuesta por una construcción a base de
un tubo doblado en U, de diámetro pequeño, que se desliza con ajuste fijo
ligero por el interior de dos bujes de acero fijados por una unión roscada a la
plataforma de madera que sirve como apoyapiés, colocados en posición
paralela con respecto a aquella.
Se seleccionó este sistema porque permite un agarre firme a la altura de los
tobillos, ajustándose a la medida del tamaño de los pies y a la apertura de las
piernas, facilitando una postura más cómoda para el paciente.
Accesorio de ajuste de la rodilla: (Figura 2.25)
Figura 2.25. Sujeción de rodillas bipedestador Standy 3
Al analizar las diferentes soluciones para la fijación de rodilla de los equipos
estudiados se arribó a la conclusión de que la correspondiente al modelo
Standy 3 es la aplicación más práctica y compatible con el diseño de esta
investigación. El esquema propuesto favorece el ensamblaje del mecanismo a
la estructura del artículo y se interpretó tademás que los soportes acolchados
que sirven como apoyo a las rótulas son flexibles en su empleo y prácticos para
lograr una aceptable rigidez en esa parte de la anatomía. Sin embargo análisis
posteriores dieron por resultados que se decidiera complementar este elemento
del diseño con una banda de velcro que abrazando la corva mejore la firmeza
en la sujeción de las piernas.
44
Mecanismo fijación del torso: (Figura 2.26)
Figura 2.26. Sujeción tronco-lumbar del bipedestador Standy 3
Durante el proceso de investigación se decidió utilizar el esquema del
bipedestador Standy 3 como referencia para la concepción del mecanismo de
fijación de tronco, debido a su simplicidad y eficiencia. Se tomó esta decisión
ya que provee de un ajuste flexible a la altura de la región lumbar permitiendo
la regulación del mismo de acuerdo con las proporciones anatómicas del
usuario, favoreciendo la permanencia de aquel en la posición seleccionada con
seguridad y confort relativo. La presencia de elementos acolchados favorecen
la comodidad del paciente durante el proceso de rehabilitación evitando
inconvenientes que desvirtuen el cumplimiento de los objetivos propuestos.
Pensado para mejorar el rendimiento de este accesorio se propone la inclusión
de un nuevo elemento de sujeción compuesto por bandas de velcro cruzadas
sobre el tórax adosadas firmemente a la estructura del soporte de la región
dorso-lumbar.
45
Conclusiones parciales.
En el transcurso de esta etapa de aproximación cognitiva al objeto de este
estudio fue necesario el empleo de diferentes técnicas de investigación como:
visitas a varias instituciones, entrevistas a profesionales y expertos,
observaciones a los medios y procedimientos empleados en las áreas de
rehabilitación, consultas a bibliografías especializadas y el uso de las
plataformas disponibles por las nuevas tecnologías de comunicación (Internet e
Intranet).
Todo proceso de diseño mecánico responde a la integración de esquemas,
sistemas, mecanismos, partes y piezas típicas vinculadas entre sí que giran
entorno a una concepción relativamente original, mucho más en los tiempos
actuales donde el conocimiento atesorado por la humanidad resulta muy dificil
de encapsular. Este proceso de investigación técnica no constituye una
excepción de la regla y el objetivo es desde la fase de ideas conceptuales
obtener un artículo que presente las siguientes premisas:
1. Que cumpla eficientemente con todos los objetivos listados en la tarea
técnica.
2. Que su funcionamiento sea simple y a la vez seguro, permitiendo su
operatividad a cualquier persona sin requerimientos formativos
especializados, precisando solamente de un entrenamiento elemental
en las reglas de explotación del equipo.
3. Que su tecnologisidad asegure que la industria nacional pueda fabricar
este equipo empleando el mayor volumen posible de materias primas y
materiales autóctonos.
Por otra parte, se tuvieron en cuenta factores significativos como la evaluacion
del uso de materiales que satisfagan las exigencias técnicas de rigidez,
estabilidad
constructiva,
resistencia
a
las
deformaciones,
errores
operacionales, sobrecargas y explotación prolongada sin comprometer la
esbeltez y ligereza del diseño. Esto último elemento decisivo para la selección
de la gama de artículos estudiados en cuanto a mecanismos, partes y piezas
que sirvieron de referencia para la elaboración de las propuestas que formaran
parte del proyecto técnico.
46
CAPÍTULO III. Modelación del diseño y simulación de las cargas estáticas.
3.1 Tarea Técnica
Todo diseño se genera a partir de una tarea técnica que define con precisión
matemática las prestaciones que debe entregar el objeto diseñado y las
condiciones de seguridad que debe cumplimentar durante su operación.
La tarea técnica asignada para desarrollar el presente trabajo de grado se lista
a continuación:

Diseñar un equipo regulable para una carga de trabajo máxima de 60 kg
y con una variación de altura que permita utilizarse en las tallas
comprendidas entre 80 cm y 136 cm.

Que posea un bastidor amplio que brinde estabilidad y seguridad; móvil
para espacios interiores, con mecanismo de frenado, capacidad de
sostener la sección abatible del equipo y todos sus accesorios.

Con capacidad de inclinación hasta 20° hacia el frente respecto a la
vertical.

Poseer fijaciones desmontables que faciliten el acceso del usuario al
bipedestador, con posibilidad de regulación y ajuste que permita el
cumplimiento de las funciones previstas para ellas.

Que las fijaciones adosadas al equipo y las desmontables posean
superficies de contacto acolchadas para los pies, rodillas, caderas, torso
y cabeza.

Una mesa inclinable capaz de mantenerse en posición paralela a la
superficie del suelo independientemente del ángulo de inclinación en el
que se encuentre el conjunto en general.
3.2 Valoración de los puntos críticos.
Para poder efectuar la construcción del diseño es necesario determinar los
criterios de resistencia en los puntos críticos de la estructura. El primer paso
47
siempre corresponde a la determinación de las cargas estáticas y dinámicas
que inciden sobre el mismo y el efecto de estas. Para ello corresponde
determinar las magnitudes de los esfuerzos y los momentos que estas
introducen sobre los diferentes elementos que conforman el esquema básico.
Se partió de la premisa de estimar un 20 % de sobrecarga por encima de las
exigencias de la tarea técnica. Al graficar en el diagrama de fuerzas (figura 3.1)
las solicitaciones a las que están sometidos los puntos críticos del diseño se
arriba a la conclusión de que sobre este no existe una incidencia significativa
de esfuerzos dinámicos, por lo cual en lo adelante se tratará el mencionado
diagrama como un sistema estático.
Figura 3.1. Diagrama de cuerpo libre. (Del autor).
La evaluación minuciosa del citado diagrama demostró la necesidad de realizar
los principales cálculos de resistencia en los puntos: pivote del mecanismo de
inclinación principal y reposapiés.
En el primer punto crítico se identificaron tres solicitaciones de fuerza:
1. Flexión.
2. Cortadura.
3. Aplastamiento
En el segundo punto crítico se identificó una solicitación de fuerza: flexión en la
unión de los apoyapiés con las columnas de sostén.
48
Primer punto crítico:
Sobre el tornillo de pivote se estima que actúe una carga compuesta por el
peso del usuario y el de la estructura móvil del equipo. Al analizar la pieza se
llegó a la conclusión de que los esfuerzos a flexión pueden ser despreciados
debido a la corta longitud de la viga2.
Cálculos a cortadura y aplastamiento: (Figura 3.2)
Para la cortadura se determinó que el punto de fallo se encuentra en el cambio
de sección:
Figura 3.2. Representación de la carga. (Del autor).
Tomando 86 kg como peso total del usuario y la parte móvil, los tornillos
poseen diámetro d=8 mm y longitud 20 mm, realizándole el análisis a uno de
los tornillos por lo que n=1 y Z=1 se obtiene:
86 𝑘𝑔 · 10
860 𝑁
2
𝑚
𝑠2
= 860 𝑁 ;
= 430 𝑁
Cálculo de resistencia por cizallamiento:
P= 430 N
d= diámetro = 8 mm
2
Gieck K. & Gieck R. (2003) Manual de fórmulas técnicas. España: Alfaomega.
49
n= número de tornillos =1
Z= planos de corte =1
4𝑃
𝜏 = 𝜋𝑑2 ·𝑛·𝑍 ≤ [𝜏𝑐𝑖𝑧𝑎𝑙𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ]
4·430 𝑁
(Ecuación 3.1): Cálculo a cizallamiento
1720 𝑁
𝜏 = 𝜋·64 𝑚𝑚2 = 201,06 𝑚𝑚2 = 8,55 𝑀𝑃𝑎
Aplastamiento:
Ap=área de aplastamiento=𝑑 ∙ 𝑏 = 8 𝑚𝑚 ∙ 20 𝑚𝑚 = 160 𝑚𝑚2
P=Carga puntual= 430 N
𝑃
𝜎𝑎𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐴 ≤ [𝜎]𝑎𝑝 = 2[𝜎]
𝑝
(Ecuacion 3.2): Cálculo al aplastamiento
430 𝑁
𝜎𝑎𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 160 𝑚𝑚2 = 2.68 𝑀𝑃𝑎
[𝜏] = 0,6[𝜎]
8,55 𝑀𝑃𝑎
0,6
= [𝜎]
14,25 𝑀𝑃𝑎 = [𝜎]
Todo esto permite aseverar que el material para el tornillo pivote debe
cumplir: [σ] ≥ 14,25 𝑀𝑃𝑎
Segundo punto crítico:
Para el análisis del reposapiés se ha decidido no realizar los cálculos teóricos
de resistencia, ya que en este caso no es factible idealizar el modelo por ser
este de gran complejidad. Para analizar el futuro comportamiento de la pieza se
utilizará una simulación de cargas como único análisis.
50
3.3 Construcción del diseño.
Figura 3.5. Bipedestador Tocororo (Del autor)
Después de realizar una valoración de resistencia para determinar los puntos
donde los esfuerzos y las reacciones alcanzan las mayores magnitudes, se
procedió a realizar una elección preliminar de los materiales sobre el criterio de
los resultados obtenidos en los cálculos de resistencia. Posteriormente, se
incorporaron otros criterios de selección como fue el aseguramiento logístico
(capacidad de la industria nacional y del mercado interno para suministrar el
grueso de las materias primas requeridas) y la tecnologisidad de los mismos.
En el diseño del artículo (figura 3.5) se integraron varios conceptos. Desde la
resistencia propiamente dicha hasta la estética, la seguridad y el ajuste
ergométrico, este último merece un acercamiento por la importancia que tiene
para el cumplimiento de los objetivos terapéuticos, se tomaron datos de varias
bibliografías para determinar los límites de desplazamiento en los ajustes así
como los rangos de tallas y pesos con los que debía trabajar el equipo, sin
excluir otros no menos importantes como la sencillez, la funcionalidad y la
racionalidad en el empleo de los recursos disponibles.
Para el caso de la base (figura 3.6) y el resto de los perfiles circulares se
seleccionó un tubo de acero AISI 1010 conformado en frío, de diámetro 30 mm
y espesor de pared 3 mm, cortado en dos tramos de longitud 1200+0,5 mm,
para fabricar dos segmentos curvados con una configuración de dos radios de
curvatura de 210 mm y 160 mm combinados con ángulos de 100° y 120°
respectivamente, lo cual permite configurar un perfil de letra U irregular
invertida. Se eligió esta configuración porque el doblado de la estructura le
confiere robustez y resistencia a la flexión. Desde el punto de vista funcional
51
permite que entre ambas piezas se aloje casi la totalidad de los sistemas del
equipo.
Figura 3.6. Base del bipedestador (Del autor)
Esa configuración y poseer el punto de pivote elevado favorecen una mayor
estabilidad del equipo durante su explotación. Su propia disposición en dos
estructuras paralelas vinculadas entre ellas por el perfil de unión colocado en la
frontal (figura 3.7), permite utilizar los cuatro extremos como elementos para la
fijación del material de rodaje (ruedas mellizas auto-orientables a 360°).
Figura 3.7. Columnas de soporte y reposapiés. (Del autor)
Para las columnas de soporte se seleccionó el mismo perfil utilizado para la
base, cortados en dos segmentos de longitud de 423+5 mm, con acabado en
los extremos, realizado en un torno universal para asegurar el paralelismo entre
estos. En las caras inferiores se insertan los mangos con brida de unión,
soldados en redondo, configurando la base que sostiene la plataforma
reposapiés.
52
En los extremos superiores se sueldan los bujes donde se alojan los tornillos
pivote que permiten la inclinación de este conjunto (figura 3.8).
Figura 3.8. Vista en explosión columnas base, pivote y guía deslizante (Del autor)
En el orificio del extremo libre del tubo se inserta la guía deslizante que sirve de
extensor al mecanismo de regulación de altura (figura 3.9), complementada por
un sistema de tornillo prisionero. Este elemento fijo (vaina), sirve de sostén a
los mecanismos que garantizan la postura correcta del usuario a la altura de las
corvas, el mismo está diseñado a base de dos tubos deslizantes de diámetro
12 mm adosados a las columnas mediante orejetas y tornillos. Insertado en
ambos tubos deslizantes se encuentra un travesaño el cual regula el
desplazamiento en el eje Z e incluye las fijaciones de rodillas.
Figura 3.9. Sistema de mesa inclinable
Estos extremos libres tienen una línea de agujeros taladrados en diámetro 6
mm a intervalos de 30 mm que conjugados con el mecanismo de tornillo
53
prisionero permiten el ajuste adecuado de la postura del usuario a la altura de
la región dorso-lumbar.
Es conveniente precisar que todos los sistemas de ajuste de postura que
interactúan con la anatomía del paciente están recubiertos de material
acolchado para amortiguar el contacto y conferirle a este una sensación
confortable.
La mesa de trabajo para cumplir con su designación terapéutica en cualquiera
de las posiciones seleccionadas para la inclinación del mecanismo general en
el rango que comprende desde la vertical hasta los 20° (máxima deflexión
angular) debe mantener el paralelismo con respecto a la superficie del suelo.
Para garantizar este principio de trabajo se combina el funcionamiento del
sistema de buje pivotante y las bridas con el mecanismo de inclinación que
permite fijar la mesa cuando se ha establecido la posición deseada.
El mecanismo en cuestión está compuesto por un elemento fijo (vaina) y uno
deslizante
(vástago),
el
par
tornillo
prisionero-tuerca
y
los
agujeros
mecanizados a intervalos en el vástago permiten que el operario pueda fijar
con seguridad la mesa en la posición deseada.
A
B
C
D
E
F
G
H
I
L
M
N
O
β
α
Kg
Descripción
Altura máxima
Altura mínima
Largo de la base
Ancho de la base
Altura de la mesa
Variacion en profundidad del espaldar
Altura de rodillas
Variacion en profundidad de las rodilleras
Largo de la mesa
Ancho de la mesa
Extensión máxima de la altura del espaldar
Extensión máxima de la altura del cabesero
Peso teórico del equipo
Deflexion de la mesa
Deflexion del equipo
Carga máxima
Dimensiones
136cm
80cm
699,cm
570cm
88,5-51,cm
9,3-24,3cm
43-23cm
12,2cm-1cm
450cm
425cm
13,6cm
29,6
20°
20°
60kg
54
3.4 Simulación numérica de las cargas estáticas en los puntos críticos del
diseño.
Asignación del material:
Madera de balsa (reposapiés)
Se escogió la madera de balsa para realizar la simulación por ser un tipo de
madera de propiedades similares a la utilizada en mesas escolares en el país,
por ser un recurso abundante y de sencilla construcción lo que abarata su
costo, además ofrece confort y una buena estabilidad térmica. (Tabla 3.1).
Tabla 3.1. Propiedades del material madera balsa
Propiedades
Valor
Unidad
Módulo elástico
2,999
GPa
Coeficiente de Poisson
0.29
N/D
Módulo cortante
299,9
MPa
Densidad
159.99
kg/m^3
Límite elástico
19,9
MPa
41Cr4 (Tornillo pivote)
Para el tornillo pivote por su alto grado de responsabilidad se le asignó un
acero 41Cr4 (tabla 3.2) ya que se le puede aplicar un normalizado para mejorar
sus propiedades sin afectar su tenacidad.
Tabla 3.2. Propiedades del material 41Cr4
Propiedad
Módulo elástico
Coeficiente de Poisson
Módulo cortante
Densidad
Límite elástico
Valor
210
0.28
79
7800
560
Unidad
GPa
N/D
GPa
kg/m^3
MPa
El criterio de fallo utilizado para la simulación de ambas piezas es el de Von
Misses-Hencky o cuarta hipótesis de resistencia. Este establece que los
materiales de comportamiento dúctil (aunque la madera no es un material dúctil
55
se puede utilizar esta hipótesis como criterio de fallo para su análisis)
comienzan a fallar cuando la tensión equivalente equivalente máxima de Von
Mises, determinada según la ecuación (3.3) iguala o supera el límite elástico
del material y. Reyes Ramírez (2017).
𝜎𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = √
(𝜎1 − 𝜎2 )2 + (𝜎1 − 𝜎3 )2 + (𝜎2 − 𝜎3 )2
2
(Ecuación 3.3): Hipótesis de Von Misses-Hencky
Representación de las cargas estáticas en el reposapiés:
El peso máximo de trabajo previsto para esta pieza es de 60 kg pero como se
explicó en la tarea técnica la carga a utilizar en la simulación tendrá un valor
agregado de un 20 % (72 kg). La carga a utilizar será 720 N (figura 3.10).
Figura 3.10. Representación de las cargas estáticas en el reposapiés. (Del autor)
Restricciones del modelo:
Esta pieza posee restricciones (Figura 3.11) en las áreas ocupadas por las
chapas de fijación en los agujeros de los tornillos y en el contacto con los tubos
soldados a la base y que sirven de apoyo al reposapiés cuando se encentra en
posición vertical.
56
Figura 3.11. Sujeciones en el reposapiés, caras planas y cilíndricas. (Del autor)
57
Propiedades de la malla:
Figura 3.12. Detalles de la malla del reposapiés. (Del autor)
Resultados:
Los resultados obtenidos en la simulación demostraron que el material
escogido (balsa) resiste las cargas aplicadas siendo su límite elástico de
20 MPa siendo las tensiones máximas de Von Misses de 9 MPa, con un factor
de seguridad mínimo de 2. Por otro lado los desplazamientos máximos tienen
un valor de 0,9 mm y se encuentran en una de las áreas en voladizo y cercana
al área de incidencia de la carga.
58
Figura 3.13. Valor de las tensiones de Von Misses. (Del autor)
Figura 3.14. Desplazamientos de la pieza. (Del autor)
Figura 3.15 Factor de seguridad. (Del autor)
59
Representación de las cargas estáticas en el tornillo pivote:
Las cargas que actúan sobre el tornillo pivote están compuestas por la carga
máxima de trabajo del equipo y el peso del equipo las cuales serán de 430 N
para cada tornillo. Previamente se realizó el análisis de resistencia a esta pieza
denotándose que el material a utilizar debía cumplir que [σ] ≥ 13,25 𝑀𝑃𝑎.
Figura 3.16. Representación de las cargas sobre el tornillo pivote. (Del autor)
Restricciones del modelo:
Las restricciones del modelo se encuentran en la superficie indicada en la
figura 3.18 restringiendo su desplazamiento en todos los ejes.
Figura 3.17. Representación de las restricciones. (Del autor)
Propiedades de la malla:
Es una malla sólida de elementos cuadráticos de alto orden:
60
Figura 3.18. Detalles de la malla. (Del autor)
Resultados:
Los resultados fueron los previstos, la pieza resiste las cargas aplicadas las
cuales están por encima de las cargas máximas de trabajo. El factor de
seguridad es de 4 siendo las tensiones de Von Misses máximas 115,7 MPa
siendo el límite elástico del 41Cr4 de 560 MPa, por otro lado los
desplazamientos pueden ser despreciados ya que el valor máximo alcanzado
fue de 0,015 mm.
Figura 3.19. Representación de las tensiones de Von Misses. (Del autor)
61
Obsérvese que el valor máximo se encuentra en el cambio de sección como se
había previsto.
Figura 3.20. Representación del factor de seguridad. (Del autor)
Figura 3.21. Representación de los desplazamientos. (Del autor)
62
Conclusiones parciales
En este capítulo se procedió a elaborar la tarea técnica por la que se rigió la
construcción del bipedestador, se establecieron además los puntos críticos o
de mayor responsabilidad utilizando el esquema básico del diseño y realizar
posteriormente un análisis de resistencia a los parámetros descritos en la tarea
técnica. El objetivo de ello fue obtener una idea del comportamiento general de
la estructura teniendo como referencia los resultados alcanzados en el análisis.
A continuación se pasó a describir el diseño modelado en un software CAD,
posteriormente se realizó la simulación de las cargas en los puntos críticos
previamente analizados mediante cálculos de resistencia. Por todo lo antes
mencionado se demuestra que el bipedestador diseñado cumple con las
prestaciones planteadas en la tarea técnica.
63
CONCLUSIONES
•
Se realizó el diseño de un bipedestador ajustable y de bajo costo de
producción para pacientes pediátricos con parálisis cerebral.
•
Se analizaron las tipologías de bipedestadores existentes en el mercado
internacional atendiendo a sus características generales y particulares.
•
Se elaboró el diseño con auxilio de herramientas CAD de un
bipedestador ajustable para niños comprendidos entre los 2 y 8 años.
•
Se simularon con auxilio de herramientas CAE las cargas y esfuerzos a
los que estarán sometida la estructura del bipedestador diseñado.
64
RECOMENDACIONES

Validar el diseño del bipedestador propuesto en esta investigación a
partir de su construcción y uso.

Estudiar la factibilidad técnico-económica de construir bipedestadores en
Cuba.

Estrechar las colaboraciones entre la Universidad y las instituciones de
la salud para la realización de próximas investigaciones relacionadas
con los productos de apoyo.
65
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