INFORME MECANISMO SILLA

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UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
INGENIERÍA MECÁNICA
ANÁLISIS Y SÍNTESIS DE MECANISMO
	
 
SILLA BIPEDESTADORA CON MECANISMO DE ACCIONAMIENTO 
MANUAL
MARIANGEL ÁVILA ROMERO
VÍCTOR DANIEL AYAZO PETRO
WILLIAM BUENO ORTEGA
MARÍA ANDREA CANTERO VILLADIEGO
DAVID FRANCISCO DÍAZ CARO
JORGE LUIS HOYOS CORREA
YULEIDYS MARÍA HUMANEZ PÉREZ
MARÍA JOSÉ PADILLA LORA
MARIO ALBERTO RAMOS LLORENTE
ISAAC DAVID TAPIAS CERRO
ING. ARNOLD MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERÍA MECÁNICA
MONTERÍA, CÓRDOBA
2023 
 
INTRODUCCIÓN
Las sillas de ruedas son dispositivos de asistencia vital para millones de personas en todo el mundo que tienen dificultades para caminar o moverse de manera independiente. Estas sillas ofrecen una solución efectiva y práctica para mejorar la movilidad y la calidad de vida de las personas con discapacidades físicas. Los estudios relacionados con las sillas de ruedas se centran en una variedad de aspectos, desde su diseño y funcionalidad hasta su impacto en la vida cotidiana de las personas que las utilizan. Estos estudios buscan mejorar continuamente la tecnología y la ergonomía de las sillas de ruedas para proporcionar mayor comodidad, accesibilidad y autonomía a los usuarios.
En términos de diseño, se han realizado investigaciones para desarrollar sillas de ruedas más ligeras, duraderas y personalizadas que se ajusten a las necesidades individuales de los usuarios. Se han explorado materiales innovadores y técnicas de fabricación avanzadas para lograr un equilibrio óptimo entre resistencia, peso y comodidad.
Además del diseño, los estudios también se han centrado en mejorar la maniobrabilidad y la estabilidad de las sillas de ruedas, especialmente en terrenos irregulares o difíciles. Esto implica investigar sistemas de suspensión, ruedas más eficientes y soluciones de tracción para garantizar un desplazamiento suave y seguro. Daremos a conocer las características y funcionalidades que tiene una silla de ruedas y en este caso, una silla de ruedas bipedestadora y la problemática a la que se le podría dar solución y ayuda a miles de personas que se enfrentan a una limitación de movimiento. Una silla bipedestadora es una solución innovadora que busca mejorar la movilidad y la calidad de vida de las personas con discapacidad o con limitación de movimiento, en la región de Córdoba. En este contexto, es fundamental comprender la importancia y la necesidad de este dispositivo para el departamento, así como los desafíos específicos que enfrentan las personas con discapacidad en su día a día. Hay varios tipos de sillas bipedestadoras para llevar a cabo esta tarea que se quiere realizar, los cuales se tienen en cuenta a la hora de fabricar una silla para una persona en específico. 
En Colombia, 7 de cada 100 personas tiene algún tipo de discapacidad. Un 36,9% de estas tiene dificultad para mover el cuerpo por lo que algunos necesitan usar una silla de ruedas como apoyo para su movilidad.
Según el DANE 12.452 personas entre hombre y mujeres de todas las edades, presentan discapacidad en el movimiento del cuerpo, manos, brazos, piernas en el departamento de córdoba (DANE 2020). El alto costo de las sillas de ruedas, la baja calidad de vida de las personas discapacitadas y también de sus familiares, han hecho que se investigue y ejecute un nuevo prototipo de silla bipedestadora para que estas personas mejoren su calidad de vida.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Las personas con movilidad reducida enfrentan desafíos significativos para realizar actividades diarias y mantener una calidad de vida óptima. Uno de los problemas que experimentan estas personas es la dificultad para cambiar de posición y adoptar la bipedestación de manera segura y cómoda. La bipedestación, es decir, mantenerse de pie con apoyo, ofrece beneficios significativos para la salud, como mejorar la postura, prevenir contracturas musculares y estimular la circulación sanguínea.
Actualmente, existen sillas bipedestadoras en el mercado, pero muchas de ellas son costosas, no se ajustan de manera adecuada a las necesidades individuales de los usuarios o no proporcionan un mecanismo de accionamiento manual eficiente y sencillo de utilizar. Estas limitaciones dificultan el acceso de las personas con movilidad reducida a este tipo de dispositivos y limitan su capacidad para disfrutar de los beneficios de la bipedestación.
Por lo tanto, se plantea la necesidad de diseñar y crear una silla bipedestadora con mecanismo de accionamiento manual que sea accesible, funcional y segura para las personas con movilidad reducida. Esta silla debe contar con un diseño ergonómico, una estructura resistente y ajustes personalizables para adaptarse a diferentes usuarios. Además, el mecanismo de accionamiento manual debe ser intuitivo y permitir una transición suave entre las posiciones de sentado y bipedestación.
JUSTIFICACIÓN
La realización del diseño y fabricación de una silla de ruedas bipedestadora con mecanismo de accionamiento manual de bajo costo brindará una serie de beneficios notables para las personas con discapacidad física en las extremidades inferiores. En primer lugar, al enfocarse en reducir los costos, esta silla de ruedas será más accesible económicamente, lo que permitirá que un mayor número de personas pueda beneficiarse de ella sin incurrir en gastos excesivos.
Además, la silla de ruedas bipedestadora con mecanismo de accionamiento manual mejorará significativamente la calidad de vida de los usuarios. Al permitirles mantenerse de pie de forma autónoma, podrán disfrutar de los beneficios asociados con la bipedestación, como la mejora de la postura, la tonificación muscular y la elongación. Estos beneficios físicos contribuirán a una mejor salud y bienestar general.
La autonomía y el empoderamiento también se verán favorecidos, ya que los usuarios podrán controlar su movilidad y posición de manera independiente. Al poder cambiar de posición sin depender de la asistencia de otras personas, se promoverá su autonomía y les proporcionará una mayor sensación de empoderamiento y control sobre su propia vida.
Asimismo, el diseño y fabricación de esta silla de ruedas permitirá personalizar y adaptarla a las necesidades individuales de cada usuario. Los asientos y respaldos ajustables, junto con los reposapiés y soportes adaptables, garantizarán la comodidad y la posición adecuada durante la bipedestación. Esta personalización mejorará la experiencia de uso y la satisfacción del usuario.
Un aspecto fundamental es el impacto positivo en la salud de los usuarios. La bipedestación promueve una mejor postura, previene contracturas musculares y estimula la circulación sanguínea. Al proporcionar una silla de ruedas bipedestadora asequible, se brindará a las personas con discapacidad física en las extremidades inferiores la oportunidad de experimentar estos beneficios de manera regular y constante, lo que contribuirá a su bienestar general y a la prevención de posibles complicaciones de salud relacionadas con la inmovilidad.
OBJETIVOS
Objetivo general
Diseñar y construir una silla bipedestadora mecánica de bajo costo, que permita la movilización de personas con movilidad limitada en la región cordobesa. 
Objetivos específicos 
· Determinar los parámetros y componentes necesarios para el diseño de una silla bipedestadora.
· Diseñar distintos prototipos utilizando herramientas de diseño asistido por computador (CAD).
· Diseñar una silla que permita movilizar al paciente de manera sencilla y que permita el acople del sistema de cambio de posición.
· Verificar el correcto funcionamiento del sistema mecánico diseñado, por medio de distintos softwares de simulación.
· Verificar el correcto funcionamiento del sistema mecánico diseñado, por medio de distintos softwares de simulación.
ESTADO DEL ARTE
Se han llevado a cabo investigaciones sobre la ergonomía de los asientos, la posición del cuerpo y loscontroles intuitivos para optimizar la comodidad y el manejo de las sillas de ruedas. Además, se han explorado tecnologías avanzadas, como los sistemas de control electrónico, para brindar a los usuarios una mayor independencia y facilitar la interacción con su entorno. 
Teniendo en cuenta lo antes mencionado, se tienen varios tipos de bipedestadores como los siguientes:
Se tendrá en cuenta un tipo de silla bipedestadora sit to stand o silla de rueda y bipedestación manual, la cual permite que pasar de una posición de sedestación a una posición vertical. 
En la Universidad de los Andes, se han realizado diferentes proyectos en colaboración con la Asociación Aconiño con el objetivo de satisfacer la necesidad de equipos de bipedestación en el tratamiento de niños con parálisis cerebral. Los tres proyectos realizados en la universidad coinciden en la creación de un bipedestador eléctrico, sin embargo, cada uno tuvo alcances y objetivos diferentes (Herrera & Sandoval, 2018) (Jaramillo & Sandoval, 2018) (Otremba & Sandoval, 2019). El primero de la universidad en trabajar en un vehículo de este tipo fue Alejandro Herrera. Él se propuso diseñar un bipedestador con un sistema de actuadores eléctricos que permitieran llevar al paciente de una posición sedente a una posición bípeda, y que, además, fuese capaz de brindar movilidad a una persona con discapacidad. Sin embargo, al finalizar su prototipo (Figura 8) y al realizarle las pruebas de funcionamiento, se dio cuenta de que presentaba algunas fallas graves como: la deflexión de un riel, la poca estabilidad al pasar a la posición bípeda, la errónea posición del espaldar, entre otras (Herrera & Sandoval, 2018). En el segundo trabajo, Daniel Jaramillo se propuso evaluar y rediseñar el bipedestador eléctrico anterior para que fuera posible transportar al paciente y elevarlo hasta la posición bípeda sin los problemas nombrados anteriormente. Durante la evaluación, Jaramillo llegó a la conclusión de que solucionar las fallas del prototipo de Herrera podía ser incluso más desafiante que realizar un prototipo nuevo, razón por la cual, teniendo en cuenta los avances del primer proyecto, realizó el prototipo de la Figura 9 (Jaramillo & Sandoval, 2018). Para terminar, Juan Pablo Otremba realizó su 
proyecto en base al equipo exitoso de Jaramillo. Él se dedicó a acondicionar el diseño y a manufacturar un nuevo prototipo para generar un sistema similar, apto para pacientes con un rango de edad menor. Durante el proyecto, Otremba realizó algunas mejoras del sistema eléctrico con el fin de hacerlo más seguro y fácil de usar, además de realizar la adaptación del diseño para que se ajustase a niños de menor edad (Otremba & Sandoval, 2019). 
Inspirado en los trabajos pasados realizados por estudiantes de la Universidad de los Andes, este proyecto buscará: reducir el costo final de los prototipos y el costo de futuros mantenimientos (debido a que no se utilizarán sistemas eléctricos), implementar un sistema mecánico que elimine la dependencia eléctrica para de esta manera conseguir una mayor confiabilidad, adaptar el sistema para que el paciente pueda cambiar de posición de manera autónoma si así se desea y finalmente construir una base móvil que permita el desplazamiento asistido del paciente.
MARCO TEÓRICO
silla de ruedas
Las sillas de ruedas son vehículos individuales que favorecen el traslado de personas que han perdido, de forma permanente, total o parcialmente, la capacidad de desplazarse. Hay que tener en cuenta que la silla de ruedas debe ser adecuada de acuerdo con el grado de deficiencia del usuario. Por tanto, las sillas de ruedas facilitan la movilidad a pacientes que no pueden caminar ni desplazarse por sí mismos con otros dispositivos, facilitando así su autonomía e integración social. 
Silla de rueda bipedestadora
Se caracterizan principalmente por permitir al usuario ponerse de pie, desplazarse y realizar ciertas tareas en esta posición, algo que resulta muy práctico para el día a día de una persona con problemas de movilidad.
Las consecuencias de no poder ponerse de pie por sí mismo son tanto físicas como psicológicas. Estar sentado todo el tiempo puede derivar en patologías como úlceras provocadas por la presión, que afectan a la calidad de vida y que pueden evitarse cambiando la postura o poniéndose de pie.
Ruedas 
• Ruedas delanteras: Elemento que permite mayor radio de giro y movilidad de la silla de ruedas. Existen ruedas macizas e inflables, características que dependen del tipo de silla que se requiera. 
• Ruedas traseras: Componente que otorga estabilidad estructural de la silla y regulación de fuerza de propulsión dependiendo del tamaño de la rueda. Existen ruedas macizas e inflables, características que dependen del tipo de silla que se requiera.
Apoya brazos
Componente que permite posicionar de manera correcta las extremidades superiores, a manera de evitar posturas viciosas. Estos elementos, también facilitan las transferencias a los usuarios/as o sus cuidadores/as. Existen apoya brazos abatibles, regulables en altura y desmontables. Características dependen de la silla de ruedas que se requiera.
Arnés anticaídas
Sistema anticaída, conformado por un equipo de prensión del cuerpo, diseñado para detener las caídas, en caso de que ocurran.
Se caracteriza por estar conformado por hebillas, bandas, ajustadores y otros elementos, acomodados de forma adecuada sobre el cuerpo de una persona, para detenerla en caso de una posible caída.
Gato hidráulico
Actuador hidráulico capaz de generar un empuje considerable aprovechando las propiedades de un sistema hidráulico de alta presión. 
Es una de las herramientas más precisas para elevar objetos y accesorios pesados, y resistir grandes cargas.
Lámina galvanizada
Es una lámina de acero que ha sido sometido a un proceso de inmersión en caliente que recubre la lámina al 100% de zinc, con la finalidad de prevenir la corrosión.
Al poner una barrera para cubrir el acero, el galvanizado es capaz de resistir mejor las fuerzas destructivas que puedan actuar contra el acero.
Resorte 
Mecanismo que utiliza un muelle para almacenar energía que se libera bruscamente al soltarlo.
Tienen gran cantidad de aplicaciones en todo tipo de productos de uso cotidiano, en herramientas y máquinas, o en diversas clases de dispositivos mecánicos (como en las suspensiones de los vehículos). Su propósito, con frecuencia, se adapta a las situaciones en las que se requiere aplicar una fuerza y que esta sea retornada en forma de energía.
Frenos
Componente que permite mantener la silla de manera estática (sin movimiento en un lugar determinado). Este elemento, favorece la prevención de desplazamientos involuntarios de la silla. Existen de tipo alargados, tambor, de mano, entre otros, el cual dependerá del tipo de silla de ruedas a requerir.
METODOLOGÍA
Al planificar este proyecto se tuvieron en cuenta factores de gran importancia a la hora de llevarlo a la vida real y garantizar su viabilidad y éxito, como lo fue el bajo costo, la funcionalidad, seguridad y la facilidad de uso y mantenimiento, con el objetivo de crear un producto funcional, seguro, cómodo y asequibles para las personas con discapacidad física. Se planteó tres prototipos capaces de satisfacer las necesidades antes mencionadas, pero con distintas construcciones, lo que llevó a un análisis riguroso a la hora de escoger cual podría satisfacer los objetivos de este proyecto.
Alternativas
A continuación, se muestran las dos alternativas posibles para el diseño de la silla de ruedas bipedestadora a bajo costo.
1. EL primer prototipo que se contempló la implementación de un actuador eléctrico, permitiendo pasar de la posición inicial (silla horizontal) pulsando un botón el cual permitirá el paso de la corriente a este, desplegando el actuador hasta su posición final, logrado una posición vertical. Y otro pulsador para retornar a la posición inicial.
Este prototipo se descartó puesto que uno de los parámetros de diseño era no superarlos costos.
2. Nuestra alternativa a seleccionar consistió en hacer una diseño ergo económico que le permitiera al usuario mantener su postura durante todo momento, creando una silla con una estructura capaz de soportar el peso del usuario durante todo su uso y a la vez poder mantener una comodidad con respecto a su postura. Además de implementar un mecanismo de fácil actuar, como el de una palanca y una corredera para garantizar que la ventaja mecánica fuera suficientemente alta para soportar el peso se optó por implantar un gato hidráulico tipo zorra para garantizar un desplazando rápido y seguro. Para el retroceso de este se acoplo un resorte que permite que este retorne a su posición inicial de forma eficiente. 
Uno de los argumentos que nos permitió seleccionar esta alternativa es que se acomodó al presupuesto, manteniendo los beneficio y garantizando la seguridad del usuario. 
PROCESO DE DISEÑO
Con la alternativa seleccionada se diseñó la silla en solidwork para previsualizar las medidas, capacidad de carga, soldadura, y funcionalidad.
SELECCIÓN DEL MATERIAL
Traducción de los requerimientos del material
Función
La función principal de una silla de ruedas bipedestadora es permitir que las personas con discapacidad motriz en sus extremidades inferiores puedan adoptar una posición de bipedestación de forma autónoma.
Restricciones 
· Costos.
· Resistencia a la tensión y compresión.
· Resistencia a la corrosión. 
· Densidad.
· Limite elástico.
· Tenacidad.
· Durabilidad.
Objetivos
	Maximizar
	Minimizar
	Resistencia a la corrosión
	Densidad
	Rigidez
	Costos
	Tenacidad
	
	Esfuerzo de fluencia
	
	Durabilidad
	
Tabla 1. Objetivos que se desean maximizar o minimizar. Fuente: Autores 2023.
Variables libres
· Tamaño.
· Color.
MÉTODO PARA LA SELECCIÓN DE MATERIALES
El procedimiento para elegir el material más adecuado para las condiciones dadas será aplicando el método base de datos y posteriormente se utilizará el método de la matriz de decisión.
Al aplicar el método base de datos se buscará seleccionar de los materiales de ingeniería las familias y las clases que cumplan en más medida los requerimientos para la construcción de la silla de ruedas bipedestadora. Con lo cual se busca reducir los posibles candidatos para el material. Después de tener claro cuál es la familia de materiales más adecuada y la clase para el molde, se procede a realizar la matriz de decisión con los materiales que cumplan todos los criterios para llevar a cabo la construcción final de la silla bipedestadora, y los procesos de manufactura necesarios para que estos materiales puedan obtener la forma final.
Método base de datos
En este método se busca principalmente encontrar la mejor opción que cumpla con los requisitos específicos de fabricación. Al utilizar este método se busca obtener una información detallada sobre las propiedades de los materiales disponibles, algunas de estas propiedades serian, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, resistencia mecánica etc.
El objetivo de este método es evaluar y comparar diferentes materiales para determinar cuál sería el más adecuado en términos de funcionalidad, seguridad y eficiencia en la fabricación final.
Materiales candidatos para la fabricación de la estructura de la silla de ruedas
	1. AISI 1095
	2. Aluminio 6061
	3. ASTM A36
 
Método de la matriz de decisión 
Para elegir el material final se escogieron tres materiales pertenecientes a la familia de los metales, los cuales cumplen en gran medida las características requeridas para la fabricación de la estructura de la silla, para tener un óptimo funcionamiento y lograr el objetivo final. 
	Materiales candidatos
	Dureza
(HV)
	Resistencia a la corrosión
	Resistencia mecánica
(Mpa)
	Tenacidad
( kJ/m^2)
	Densidad
(g/cm^3)
	Costos
	AISI 1095
	200
	1
	900
	50
	7.8
	1
	ALUMINIO 6061
	108
	3
	300
	20
	2.7
	2
	ASTM A36
	120
	2
	400
	30
	7.8
	3
Materiales y propiedades 
Una vez establecido el valor de las propiedades a través del método de base de datos el siguiente paso fue calcular los índices que maximizaran o minimizaran el valor de dichas propiedades, por ejemplo, deseamos maximizar la resistencia a la corrosión para que este no se corroe, como en la resistencia a la corrosión son valores cualitativos, damos valores numéricos de 3 a 1 siendo 3 mayor resistencia a la corrosión y siendo 1 menos resistente a la corrosión, también deseamos maximizar la dureza para que el material sufra el mínimo desgaste al entrar en contacto con la superficie, debemos maximizar la resistencia mecánica para asegurar que la silla pueda soportar esfuerzos de compresión sin que pueda deformarse o agrietarse. Por último, minimizaremos el costo para que el material sea económicamente viable.
Matriz ponderada
	Materiales candidatos
	Dureza
(HV)
	Resistencia a la corrosión
	Resistencia mecánica
(Mpa)
	Tenacidad
( kJ/m^2)
	Densidad
(g/cm^3)
	Costos
	Total
	AISI 1095
	100
	33
	100
	100
	100
	33
	73,3
	ALUMINIO 6061
	54
	100
	33
	40
	35
	67
	53,0
	ASTM A36
	60
	67
	44
	60
	100
	10
	77,6
	10%
	10%
	20%
	10%
	20%
	30%
	100%
De acuerdo a los resultados obtenidos en la matriz de decisión, el material seleccionado es un acero ASTMA A36, ya que tiene buenas propiedades, es fácil de soldar y cumple con las restricciones de un bajo costo y comercialmente en el mercado.
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