Diseño de un Bipedestador tipo Trycicle para individuos con lesión medular o debilidad en miembros inferiores

DISEÑO DE UN BIPEDESTADOR TIPO TRICICLO PARA
INDIVIDUOS CON LESIÓN MEDULAR O DEBILIDAD
EN MIEMBROS INFERIORES.
Presentado por:
Julian Andres Escobar Moreno
UNIVERSIDAD DEL VALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
2020
Definición del Problema.
Se define Lesión Medular a la pérdida o alteración de la movilidad, de la sensibilidad o del sistema
nervioso autónomo ocasionada por un trastorno de las estructuras nerviosas alojadas en el canal
medular. Dependiendo de la localización del daño podrá afectar a órganos pélvicos, extremidades
inferiores, tronco y abdomen y extremidades superiores.[1]
Segun la OMS, entre 250 000 y 500 000 personas sufren cada año en todo el mundo lesiones
medulares, en su mayoría, esas lesiones se deben a causas prevenibles, como accidentes de
tránsito, caídas o actos de violencia. Las personas con lesiones medulares son entre dos y cinco
veces más propensas a morir prematuramente que las que no los padecen; las tasas de
supervivencia más bajas corresponden a los países de ingresos bajos y medios. Las lesiones
medulares se asociados a menores tasas de escolarización y participación económica y suponen
un costo importante tanto para quienes las padecen como para la sociedad en su conjunto.[2]
De acuerdo a SISPRO, se observó en la población vallecaucana que la tasa de discapacidad
aumenta de acuerdo al rango de edad, donde presenta un mayor porcentaje en personas mayores
a 60 años con un 23,19 % en los hombres y 27,53% en las mujeres. Esto se ve reflejado en
actividades como correr, caminar o saltar, por otro lado, el 67,71 % están sin ingresos, el
20,80% tiene un ingreso promedio inferior a $500.000 pesos y el 4,55% tiene un ingreso
promedio superior a $500.00 pesos, dejando en claro que la mayoría de las personas en
discapacidad están en situación de vulnerabilidad [3].
Según cifras de la Andi [4], Colombia tiene el 0,3 % del mercado mundial en dispositivos
médicos de los cuales el 85 % de estos son importaciones, de las cuales se encuentran las
ayudas al paciente con la subcategoría de movilidad (sillas de ruedas, caminadores, bastones
entre otras) con una participación 12% vs 11,16% entre el año 2010 y 2016 respectivamente.
Lo dicho anteriormente abre la ventana de posibilidades para el diseño y desarrollo de un
dispositivo de movilidad que suplan las necesidades físicas, socioeconómicas y emocionales de
la población local y nacional a un costo más asequible comparado con lo que se oferta en la
actualidad(1000-20000) USD [5][6][7][8][9].
Investigación preliminar
Por medio de Google Academico se realizo una busqueda de trabajos similares con las palabras
claves : “diseño de bipedestador”,”Desig of vertical standing” arrojando 306 resultados
asociados para español y 902 en ingles lo cual mirando el titulo de algunos, se descartaron los
que contenian las palabras: “mecatronico”, “motorizado”, “bipedestación”, ”sistema”,
”electrico” y sus homonimos en ingles.A partir de este filtro de busqueda se observaron algunos
diseños y fueron resumidos de acuerdo a su topología
Tipo
Descripción
Andador bipedestador
Este prototipo permite el
movimiento del individuo de
manera asistida o en algunos casos
con fuerza propia del mismo [10]
Bipedestador eléctrico
Es uno de los más comunes a nivel
mundial, por medio del Joystick
permite un direccionamiento a una
baja velocidad [11]
Máquina de bipedestación para la rehabilitación
Es un prototipo de bipedestación
para recuperación , rehabilitación o
fortalecimiento de los músculos
orientado a personas con lesiones
medulares incompletas [12]
Bipedestación
La estructura de bipedestación
permite la postura vertical en un
punto fijo [13]
Silla de ruedas bipedestadora
Es una de las más comercializadas
a nivel mundial con alto coste ya
que la mayoría cumplen con las 2
posiciones : de pie y sentado,
además de que cuentan con sistema
electico para cambiar de posición
de manera automatizada [14]
Arnes bipedestador
Este arnes bipedestador permite al
individuo sujetarlo desde sus
miembros superiores para tener un
movimiento independiente de sus
miembros inferiores, en algunos
casos se utiliza este tipo para
rehabilitación o fortalecimiento de
las piernas [15].
Camilla de bipedestación
Esta camilla brinda principalmente
al paciente una posición recta con
una leve inclinación hacia atrás,
permitiendo en algunos casos una
posición acostado, está enfocado
para personas con paraplejia o alta
movilidad reducida en todo el
cuerpo [16]
Planteamiento de la meta
En base a la investigación preliminar y la oferta actual del mercado, se desea diseñar un
prototipo bipedestador móvil más compacto, versátil y económico para personas con
lesión medular o debilidad en sus miembros inferiores, el cual sea ideal para realizar
actividades cotidianas de corta distancia además de ejercitar algunas zonas del cuerpo
como los brazos y el pecho aprovechando simultáneamente los beneficios físicos,
psicológicos y emocionales que conlleva al usar este tipo de dispositivos [17][18]. El
prototipo deberá estar enfocado para realizar recorridos de manera independiente y
segura por lo que se debe tener en cuenta la implementación de sistema de frenado,
amortiguación, cinturón de seguridad o sujeción, accesorios y algunas recomendaciones
para el uso adecuado del mismo.
Establecimiento de las especificaciones
Para lograr alcanzar la meta planteada es necesario indicar las especificaciones y/o
requerimientos que deberá contener el prototipo de diseño las cuales se estipulan a
continuación:
1. El bipedestador deberá tener una velocidad máxima de 30 km/h que no implique una
alta mortalidad en casos de accidentalidad
2. Sistema de frenos seguro que garantice respuesta inmediata (V-Brake o freno de Disco)
3. Deberá tener un sistema de seguridad (cinturón de sujeción) para mantener una postura
fija y garantice estabilidad en el frenado
4. Dimensionamiento máximo de 1 metro de ancho x 1,6 metros de alto x 1,3 metros de
profundidad permitiendo el fácil acceso a lugares de uso diario
5. Estructura en material acero estructural o aluminio que genere un peso menor a 18
kilogramos
6. Aplicación de pintura electroestática o con pistola neumática con base anticorrosivo
para mayor resistencia a la corrosión
7. Implementación de un espaldar y unas rodilleras para garantizar una posición
ergonómica del individuo
8. Implementación de mono suspensión o una suspensión tipo tenedor para aliviar los
cambios de superficies
9. El costo de venta al público debe ser inferior a 250 USD (956 410 COP)
Supuestos y restricciones
Para el prototipo se deben realizar ciertas suposiciones para el diseño y eventual funcionamiento
para su correcto uso
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
X.
Deberá contener la menor cantidad de elementos necesarios para minimizar
costos, peso y dimensionamiento
Varios de sus elementos como llantas, frenos, pedales podrían ser adquiridos
por elementos ya comercializados a nivel local
No podrá subir terrenos con altas pendientes, ni escalones (restricción)
No podrá tener grandes cambios de nivel de superficie ya que puede generar
inestabilidad en el centro de gravedad y por tanto un accidente (restricción)
Es recomendable que el individuo este acompañado en especial cuando el
camino es desconocido (restricción)
Para algunos usuarios podría ser necesario la asistencia para subir y bajar al
Bipedestador (restricción)
El diseño debe permitir que el mantenimiento sea sencillo y económico para
garantizar el uso de población de bajos recursos
Se recomienda hacer la construcción en base a medidas antropométricas del
individuo para una mejor ergonomía
Los altos índices de robos callejeros en Colombia hacen de este dispositivo un
objetivo para reventa en el mercado negro
Su eventual comercialización deberá estar avalada por la Norma ISO 9999, que
compete a ayudas técnicas y productos para personas con discapacidad [19]
Decisiones preliminares de diseño
Para realizar la toma de decisiones del bosquejo, se han revisado las opciones más cercanas que
podría tener el dispositivo en cada una de sus partes eligiendo la mas adecuada para cada uno de
los casos.
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Opción 1
Opcion 2
Opción 3
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Acero estructural
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Acero inoxidable
Aluminio
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Justificación
•
Ruedas: se selecciona la opción 3, ya que esta opción permite la adaptación de la
suspensión delantera, además de utilizar ruedas (llantas y rines) comercialmente fácil de
encontrar para transitar en varios terrenos se sugiere un tamaño aproximado de 16´´ a
20´´ de diámetro para las delanteras y una trasera de 12´´ aproximadamente.
•
Frenos: La opción 1 sería la mas indicada ya que permite mejor tracción a la hora de
frenar y esto sería propicio sobre todo en ocasiones de lluvia, sin embargo, los frenos VBrake pueden ser una buena alternativa para bajar el coste del prototipo.[20]
•
Transmisión: Al ser un medio de transporte de baja velocidad, la opción 1 sería la más
adecuada y económica ya que no necesitaría cambios de velocidades que eleven su
coste.
•
Pedales: Se selecciona la opción 1, ya que esta implementada en las Handcycles,
permitiendo una mejor propulsión del movimiento en forma de remo, siendo esta la más
apropiada para la población objetivo[21]
•
Amortiguación: se escoge la opción 2, ya que esta ofrece una mejor amortiguación que
la opción 1 y un coste más bajo que la opción 3.
•
Estructura: se puede escoger la opción 2 ya que esta ofrece menor peso en
comparación a las demás, sin embargo, se podría considerar también la opción 1 ya que
es la más económica del mercado.
•
Manubrio: de acuerdo a la forma de impulsión y los pedales se selecciona la opción 1
que es tomada de las Handcycles.
•
Seguridad: para la sujeción segura del paciente se selecciona la opción 1 ya que ofrece
una mayor practicidad para coloca y quitar, además se complementará con un apoyo a
las rodillas como se muestra en la opción 3
Diseño de esbozo preliminar
Con base en el planteamiento de la meta, las especificaciones y las decisiones tomadas
para el diseño preliminar se realizo un bosquejo del primer acercamiento de lo que sería
el Bipedestador tipo triciclo para lesionados medulares o individuos con debilidad en
miembros inferiores. Ver Figura 1
Figura 1. Esbozado con lista de partes del Bipedestador tipo triciclo para lesionados medulares
o debilidad en miembros inferiores. Fuente: Elaboración propia
Figura 2. Esbozado del Bipedestador tipo triciclo para lesionados medulares o debilidad en
miembros inferiores. Fuente: Elaboración propia
Referencias.
[1]
ASPAYM, Análisis sobre la Lesión Medular en España. 2012.
[2]
“Lesiones Medulares.” https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/spinal-cordinjury (accessed Sep. 21, 2020).
[3]
R. SISPRO, Bodega de Datos SGD), “Sistema Integrado de Información de la Protección
Social,” Junio 2020. http://rssvr2.sispro.gov.co/ObservatorioDiscapacidad/ (accessed
Aug. 05, 2020).
[4]
Andi, “Mercado Colombiano de Dispositivos Médicos,” 2017, [Online]. Available:
http://www.andi.com.co/Uploads/MERCADO DE DISPOSITIVOS MÉDICOS CALCULOS ANDI - 2017.pdf.
[5]
“Silla de ruedas LAE.” https://colombia.lohmedical.com/p/silla-bipedestadora-manuallae/ (accessed Sep. 20, 2020).
[6]
“Silla de Bipedentación Electrica totalmente.”
https://articulo.mercadolibre.com.co/MCO-487580762-silla-de-bipedestacion-electricatotalmente_JM?matt_tool=76568752&matt_word=&gclid=CjwKCAjwwab7BRBAEiwAapqpTPz0
hZdTw4wFPosxVqeZ-JMI_QNFSbgRuihr28jKqziw_v1sGqKNehoCqqcQAvD_BwE.
[7]
Ortoweb, “Bipedestador-Parapolium.” https://www.ortoweb.com/bipedestadorpediatrico-parapodium-infantil (accessed Sep. 20, 2020).
[8]
Ortopediamimas, “Bipedestadores para adultos.”
https://www.ortopediamimas.com/bipedestadores-para-adultos.html (accessed Sep. 20,
2020).
[9]
Ortosoluciones, “Bipedestadores infantiles.”
https://www.ortosoluciones.com/rehabilitacion-infantil/andadores-y-estabilizadoresinfantiles (accessed Sep. 20, 2020).
[10]
A. L. Título and D. E. I. Mecánico, “Diseño de un bipedestador,” 2018.
[11]
N. A. Oñate and M. A. Beltran, “Xiv International Congress on Project Engineering
Equipamiento Para La Discapacidad: Propuesta De Un Bipedestador Eléctrico Infantil,”
no. June 2016, pp. 2473–2484, 2010.
[12]
P. D. Sugiyono, “Desarrollo de un Bipedestador para mantener la salud de los miembros
infeiores en personasfile:///C:/Users/elcap/Downloads/1208-Texto del artículo-4192-210-20191216.pdf con lesion medular incmpleta,” J. Chem. Inf. Model., vol. 53, no. 9, pp.
1689–1699, 2016, doi: 10.1017/CBO9781107415324.004.
[13]
G. SOCIAL, “Trabajo de Fin de Grado,” Zaragoza, 2014.
[14]
F. E. Obando-Herrera, T. G. Flores-Mugmal, J. I. Barbero-Palacios, and L. A. OrtegaBustamante, “Silla bipedestadora para personas con movilidad restringida grado iv en las
extremidades inferiores con una capacidad de carga de 100kg,” Respuestas, vol. 22, no.
2, p. 76, 2017, doi: 10.22463/0122820x.1208.
[15]
F. D. E. I. Mecánica, “Escuela politécnica nacional,” 2019.
[16]
P. D. Sugiyono, “REQUERIMIENTOS GENERALES PARA EL REFISEÑO DE LA
SILLA BIPEDESTADORA ONPIE,” J. Chem. Inf. Model., vol. 53, no. 9, pp. 1689–
1699, 2016, doi: 10.1017/CBO9781107415324.004.
[17]
F. S. Infantil, “Bipedestación ¿Cuando y Como? ¿Que Beneficios nos aporta?,” 2018.
https://www.fundacionsaludinfantil.org/bipedestacion-cuando-y-como-que-beneficiosnos-aporta/ (accessed Sep. 21, 2020).
[18]
“Sistemas y beneficios de la bipedestación temprana en neurorehabilitación.”
https://neurorhb.com/blog-dano-cerebral/sistemas-y-beneficios-de-la-bipedestaciontemprana-en-neurorehabilitacion/ (accessed Sep. 21, 2020).
[19]
R. Asturiana and D. T. Ocupacional, “PRODuCTOS DE aPOYO PaRa PERSOnaS COn
DISCaPaCIDaD CLaSIFICaCIón Y TERmInOLOGía Revista Asturiana de Terapia
Ocupacional,” pp. 11–13, 2008.
[20]
Optimus, “Entre V-Brake y Freno de Disco.”
https://www.optimusbikes.com/blogs/bicicletas/freno-ideal-para-mi-bicicleta-demontana.
[21]
S. MEDICAL, “5 ventajas de utilizar una handbike.”
https://www.sunrisemedical.es/blog/complementos-handbike.