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. E R u e d a s F r e n o s T r a n s m i s i ó n P e d a l e s A m o r t i g u a c i ó n Opción 1 Opcion 2 Opción 3 E s t r u c t u Acero estructural r a M a n u b r í o Acero inoxidable Aluminio S e g u r i d a d 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.