Sistema de asistencia a la propulsión para sillas de ruedas convencionales

121 páginasWheelchairs are assistive technologies; they allow those who use them to access and enjoy their rights as human beings. Its users vary in age, occupation, activity level, health condition, socio-economic status, and other characteristics. Therefore, today there is a wide variety of these devices seeking to meet the different needs, preferences and limitations of those interested. For instance, electric wheelchairs are preferred by users with greater motor limitations due to their easy control, but they have disadvantages such as their size, weight and price. Manual wheelchairs are more compact, easy to repair, resistant, cheap, and promote physical activity. However, they need to be propelled by the user at all times, which can lead to pathologies of the joints involved, causing additional limitations and secondary disabilities. Therefore, a propulsion assistance system for manual wheelchairs is proposed, with the objective of supporting its movement when the user finds it necessary, especially in difficult terrains. Thus, the joint wear caused by the prolonged use of these mobility systems could potentially be reduced, while maintaining many of their advantages. First, a mechanical system was designed using the product design methodology of Ulrich and Eppinger, based on a series of needs and requirements discovered through interviews and reviews of related available products. Then, a speed control system was proposed to guide the movement of the electromechanical section. A PI controller was designed using Labview and, MuPAD and System Identification tools from MATLAB®. Finally, the behavior of the mechanical system was analyzed by finite element analysis, to ensure a stable and resistant structure. The controller’s response and performance were also evaluated in order to verify its design. The preliminary design of a propulsion assistance system was then proposed, a product that could improve the mobility, prevent injuries and promote the labor, social and cultural participation of manual wheelchair users. Future approaches to this work could be done with a view to translating it into a real product, analyzing its performance with a physical prototype and making the necessary adjustments.Las sillas de ruedas son tecnologías de asistencia, y como tal, permiten a quienes las usan acceder y disfrutar de sus derechos como seres humanos. Sus usuarios varían en edad, ocupación, nivel de actividad, condición de salud, estatus socio-económico, entre otros. Como consecuencia, hoy existe una gran variedad de estas, que busca satisfacer las diferentes necesidades, preferencias y limitaciones de los interesados. Las sillas de ruedas eléctricas, por ejemplo, son preferidas por usuarios con mayor limitación motriz por su fácil control, pero tienen desventajas como su gran tamaño, peso y precio. Las manuales son más compactas, fáciles de reparar, resistentes, económicas, y promueven la actividad física. Sin embargo, su desplazamiento depende del usuario en todo momento, desencadenando posibles patologías de las articulaciones involucradas que lleven a limitaciones adicionales y situaciones de discapacidad secundarias. Por lo anterior, se diseñó un sistema de asistencia a la propulsión para sillas de ruedas manuales, que apoye el movimiento cuando el usuario lo necesite, en especial en terrenos difíciles. Así, se podría reducir potencialmente el desgaste de las articulaciones causado por el uso de estos sistemas de movilidad, mientras se mantienen muchas de sus ventajas. Primero, se diseñó un sistema mecánico con la metodología de diseño de producto de Ulrich y Eppinger, a partir de una serie de necesidades descubiertas por medio de entrevistas y revisiones de los productos relacionados en el mercado. Luego, se planteó un sistema de control de la velocidad que guía el movimiento de la parte electromecánica. Se diseñó un controlador PI con la ayuda de Labview y las herramientas MuPAD y System Identification de MATLAB®. Por último, se analizó el comportamiento del sistema mecánico mediante simulaciones por elementos finitos, para garantizar una estructura resistente y estable. También se simuló la respuesta y evaluó el comportamiento del controlador con el objetivo de verificar el diseño realizado. Se llegó, entonces, al diseño preliminar de un sistema de asistencia a la propulsión, un producto que podría mejorar la movilidad, evitar lesiones y fomentar la participación laboral, social y cultural de usuarios de silla de ruedas manual. Futuras aproximaciones a este trabajo podrían hacerse con miras a traducirlo en un producto real, analizar su desempeño con un prototipo físico y realizar los ajustes necesarios.PregradoIngeniero(a) Biomédico(a

Análisis y propuesta del diseño de la silla de ruedas de propulsión manual a partir de la percepción y satisfacción de los usuarios con discapacidad motriz

130 páginas. Maestría en Diseño.La presente investigación buscó analizar el diseño de la silla de ruedas de propulsión manual y proponerle mejoras y adecuaciones a partir de la satisfacción y percepción de los usuarios con discapacidad motriz de la Ciudad de México. Por lo anterior, este estudio muestra resultados cuantitativos y cualitativos referentes a la satisfacción y percepción de los usuarios de silla de ruedas en relación con esta ayuda técnica. Como objetos de estudio, se consideraron dos tipos de silla de ruedas de propulsión manual: la de estructura rígida y la de estructura plegable. Para obtener los resultados cualitativos se emplearon una serie de entrevistas de forma presencial en las que se obtuvieron hallazgos de tipo exploratorio donde se evidenciaron algunos factores emocionales y factores físicos de la silla de ruedas relacionados con la insatisfacción del usuario. En cuanto a la parte cuantitativa, los resultados fueron obtenidos por medio de dos herramientas, que fueron aplicadas de manera presencial y virtual, esta última debido a la pandemia del COVID-19. La primera herramienta, consistió en el cuestionario QUEST 2.0 (Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology) que tuvo como propósito mostrar de forma numérica el grado de satisfacción de los usuarios con respecto a diferentes características de usabilidad de la silla de ruedas. La segunda, fue la Escala de Diferencial Semántico, en este caso, utilizada para la cuantificación de la percepción de los usuarios hacia su silla de ruedas. Una vez fue recolectada y analizada la información descrita anteriormente, se procedió a la identificación de los requerimientos de diseño, que contribuyeron al planteamiento de las adecuaciones que fueron fue modeladas en SolidWorks y que posteriormente fueron sometidas a un análisis de elementos finitos en el mismo software. Finalmente, la silla de ruedas con sus respectivas adecuaciones fue evaluada mediante la Rueda Emocional de Ginebra con el objetivo de medir las reacciones emocionales de los usuarios a partir de la interacción visual con esta. De la evaluación, se obtuvieron reacciones emocionales positivas en comparación con la silla de ruedas de estructura rígida y a la de estructura plegable

Ayudas Técnicas para el Trasiego de Pacientes Internos del CENARE.

Proyecto de Graduación (Bachillerato en Ingeniería en Diseño Industrial). Instituto Tecnológico de Costa Rica. Escuela de Ingeniería en Diseño Industrial, 2010.El trabajo que se desarrolla a continuación tiene como objetivo general generar un sistema auxiliar que optimice el trasiego de los pacientes internos en el Centro de Rehabilitación Nacional (CENARE), se busca reducir esfuerzos por parte del personal, optimizar el recurso humano en las actividades de transferencia y traslado y minimizar la manipulación del paciente por parte de enfermeros y auxiliares. Se diseña específicamente para pacientes que sufren hemiplejía, esta se define como una parálisis de un lado del cuerpo, que se da cuando se daña un hemisferio del cerebro, es por esta razón que el paciente es sometido diariamente a terapias que lo ayudan a ir estimulando los músculos y nervios que necesita para poder incorporarse de nuevo a su vida cotidiana. Existen dos áreas de encamados en el CENARE con capacidad para cuarenta y cuatro pacientes cada una y están ubicadas en lados opuestos del pasillo principal. Para movilizar un paciente desde el área de encamados hasta el área de terapia toma aproximadamente de 20 a 30 minutos, que corresponden a preparar al paciente hasta llevarlo al área correspondiente. Se cuenta con únicamente dos enfermeros para preparar y transportar a cuatro pacientes a cada sesión, lo cual debería realizarse, idealmente, en menos de quince minutos. Como primera etapa del proyecto se realiza un análisis del problema y se divide para lograr una solución focalizada para concluir en una solución integrada, luego se plantean los objetivos del proyecto para alcanzar la solución del problema. La segunda etapa consiste en un análisis extensivo de procesos y ayudas existentes en el mercado para solucionar problemas similares. También se hacen análisis complementarios de antropometría, ergonomía, materiales, procesos de producción, etc. Todo esto con el fin de tener las herramientas para diseñar la propuesta ideal. La tercera etapa o gestión de diseño se basa en la generación de conceptos y elección de concepto-propuesta por medio de criterios de evaluación basados en los requisitos. Como última etapa se desarrolla la propuesta que cumple a cabalidad los objetivos propuestos. La propuesta final de diseño es un sistema compuesto de dos partes diferenciables por la función que cada una realiza. El sistema permite mejorar la calidad de vida del personal del Centro Nacional de Rehabilitación, minimiza el esfuerzo del personal del Centro, reduce la cantidad de personal necesaria para atender a cada paciente, disminuye el esfuerzo físico y estrés de los pacientes, maximiza el tiempo de terapia, reduce el tiempo de recuperación de los pacientes, entre otros.Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería en Diseño Industrial

Diseño e implementación de sistema de propulsión y control para silla de ruedas

El presente trabajo tiene como objetivo el diseño y desarrollo de un prototipo basado en una placa de desarrollo Arduino AT Mega 2560, que permita por medio de un joystick controlar el desplazamiento y giro de una silla de ruedas ultraliviana de bajo costo fabricada con tubería de PVC. La silla de ruedas está construida con materia prima plástica, lo que permite que el peso final de la silla sea mínimo y permita transportar usuarios de mayor peso sin sobrepasar los límites de peso total del sistema, superar la carga máxima de de traslado puede comprometer la movilidad de la silla, la vida útil de los motores y la estabilidad del sistema de control. La tubería PVC es un material de fácil manejo, su corte y empalme se puede realizar sin herramientas especiales, lo que hace a la silla un dispositivo de fácil fabricación y de fácil adquisición para cualquier persona, ya que puede utilizarse tubería reciclada porque los tramos requeridos son cortos y sus accesorios de empalme como tees y codos son económicos, por lo que puede fabricarse rápidamente y su mantenimiento es mínimo. Para el arranque y frenado de los motores se utilizan rampas de aceleración y desaceleración de tipo “ESCALERA” variables en el tiempo de 1 a 9 segundos. Además se tiene velocidad de crucero variable de 0 a 1 m/s. Para el control de desplazamiento se utilizó un joystick con pulsadores para dar los movimientos: adelante, atrás, giro a izquierda y giro a derecha. El confort para el usuario en una ayuda técnica es un parámetro de vital importancia para esto el sistema debe realizar arranques y frenados suaves que eviten movimientos bruscos, por eso se desarrollo una sentencia FOR en la programación de la placa Arduino con incrementos constantes de una cincuentava parte del mayor valor binario que controla el PWM de los motores, así al frenar o arrancar el movimiento será suave hasta que se vuelva estable

Propuesta conceptual de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz

En el presente trabajo de investigación se realizó el diseño conceptual de una silla de ruedas teleoperada para niños con discapacidad física motriz entre los 6 y 12 años. El diseño planteado de la silla de ruedas teleoperada posee dos modalidades, conducción manual y remota por medio de un dispositivo móvil. Además, el paciente tiene la posibilidad de realizar sus necesidades higiénicas con mayor facilidad y comodidad desde la propia silla de ruedas, ubicando la silla sobre el inodoro. Primero, se realizó un marco teórico donde se identificó la situación actual de los niños con discapacidad física motriz y las diversas enfermedades que afrontan. Posteriormente, se realizó un análisis del estado del arte para comparar las tecnologías existentes, y en base a estas y a los requisitos de usuario, se identificaron los requisitos de diseño. Con esta información se definió las principales funciones y subfunciones del sistema, así como los componentes requeridos para su correcto funcionamiento por medio de una solución óptima a la problemática. Por último, para explicar el funcionamiento del sistema mecatrónico diseñado se presentó los diagramas de arquitectura mecatrónica y dominio eléctrico electrónico en base a la solución óptima seleccionada, así como un primer bosquejo técnico del sistema físico y, un diagrama de operaciones general que describe la lógica y secuencia del sistema diseñado.Trabajo de investigació

Implementación de un sistema de propulsión acoplable a una silla de ruedas de traslación autónoma para personas parapléjicas

Introduction: The design of a traction system anchorable to a wheelchair for the transport of paraplegic people in urban regions was presented and materialized. Objective: Implementation of a propulsion system that can be attached to an autonomous translation wheelchair for paraplegic people. Methodology: Based on the previously established design parameters, an electric traction system was chosen consisting of a 350 Watt brushless motor, a 36 volt 9 amp lithium ion battery and a 15 amp controller. Results: Using CAD software, the anchorable traction prototype was modeled, and with the help of CAE software, the design was validated, reaching appropriate results with respect to safety factors and deformations. It is worth mentioning that A36 steel was selected for the design, since It has a high strength/weight ratio. Subsequently, the manufacturing of the traction prototype was conducted, applying processes such as: tungsten inert gas (TIG) welding for the assembly of the different components of the frame, also cutting, bending, among others. Subsequently, the electrical elements of the electrical system were coupled. Conclusions: The required functional tests were carried out, they determined that the prototype satisfactorily fulfills its established function, since it is capable of propelling a wheelchair together with its occupant in a trajectory whose slope is up to 12% with a speed of 5 km/h, while on a flat road it reaches 20 km/h; In terms of autonomy, the system can travel up to 16 km at full load. It is recommended in subsequent design work, opt for less dense materials, in such a way that it favors reducing energy consumption. General study area: Engineering. Specific study area: Design and construction.Introducción: Se desarrolló y materializó el diseño de un sistema de tracción anclable a una silla de ruedas para el transporte de personas parapléjicas en regiones urbanas. Objetivo: Implementación de un sistema de propulsión acoplable a una silla de ruedas de traslación autónoma para personas parapléjicas.  Metodología: En función de los parámetros de diseño previamente establecidos estos parámetros, se optó por un sistema de tracción eléctrica compuesta por un motor brushless de 350 Watts, una batería de ion litio de 36 voltios 9 amperios y un controlador de 15 amperios.  Resultados: Mediante software CAD se modeló el prototipo de tracción anclable, y con la ayuda de un software CAE se validó el diseño alcanzando resultados apropiados con respecto a factores de seguridad y deformaciones, cabe mencionar que para el diseño se seleccionó el acero A36, puesto que presenta una elevada relación resistencia/peso.  Posteriormente se ejecutó la manufactura del prototipo de tracción, aplicando procesos como: soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG) para el ensamble de los diferentes componentes del bastidor, también el corte, el doblado, entre otros. Posteriormente fueron acoplados los elementos eléctricos del sistema eléctrico.  Conclusiones: Se realizó las pruebas de funcionamiento requeridas, las mismas determinaron que el prototipo cumple satisfactoriamente su función establecida, puesto que es apto de propulsar una silla de ruedas junto con su ocupante en una trayectoria cuya pendiente sea hasta el 12% con una velocidad de 5 km/h, mientras que en camino plano alcanza los 20 km/h; en cuanto a la autonomía el sistema puede recorrer hasta 16 km a plena carga. Se recomienda en posteriores trabajos de diseño, optar por materiales menos densos, de tal forma que favorezca reducir el consumo de energía. Área de estudio general: Ingeniería. Área de estudio especifica: Diseño y construcción

Diseño y construcción de un sistema de propulsión anclable a una silla de ruedas para traslado autónomo de personas parapléjicas en zonas urbanas.

Se realizó el diseño y construcción de un sistema de propulsión anclable a una silla de ruedas para el traslado de personas parapléjicas en zonas urbanas, esta propuesta tecnológica se inició con investigación bibliográfica y recolección de la información con la finalidad de establecer los requisitos y los parámetros del prototipo como: potencia y torque. En función de estos parámetros se seleccionó un sistema de propulsión eléctrico que consta de un motor brushless de 350 Watts, batería de ion litio de 36 voltios 9 amperios y un controlador de 15 amperios. En la fase de diseño se escogió el acero A36 para el modelado del prototipo en software de diseño asistido por computador (CAD), posteriormente se realizó la simulación del sistema bajo condiciones prestablecidas y se alcanzaron resultados satisfactorios; los componentes están sometidos a esfuerzos por debajo de su límite elástico, donde su deformación es mínima y no afecta el funcionamiento del mismo, con el factor de seguridad obtenido se garantiza la fiabilidad del equipo. Determinada la fiabilidad del diseño se procedió a la construcción del prototipo por métodos de manufactura adecuados como: soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG) para la unión de los diferentes elementos de la estructura y otros procesos como: corte, doblado. Finalmente se ensamblaron los componentes del sistema para realizar las pruebas de campo necesarias donde se concluyó que el prototipo cumple con los criterios establecidos anteriormente, ya que es capaz de propulsar una silla de ruedas con su ocupante en una ruta del 12% de pendiente con una velocidad de 5 km/h, mientras que en plano alcanza los 20 km/h; en cuanto a la autonomía el sistema recorre una distancia de 16 km a plena carga. Se recomienda para futuros diseños utilizar materiales más ligeros para facilitar su manipulación y reducir su consumo energético.The design and construction of a propulsion system anchorable to a wheelchair for the transfer of paraplegic people in urban areas was carried out, this technological proposal was initiated with bibliographical research and information gathering in order to establish the requirements and parameters of the prototype as: power and torque. Based on these parameters, an electric propulsion system consisting of a brushless motor with 350 Watts, a 36-volt 9-amp lithium-ion battery and a 15-amp driver was selected. In the design phase, the A36 steel was chosen for the modeling of the prototype in a computer-aided design software (CAD), then the simulation of the system was carried out under pre-established conditions and satisfactory results were achieved; the components are subjected to stresses below their elastic limit, where their deformation is minimal and does not affect the operation thereof, with the safety factor obtained, the reliability of the equipment is guaranteed. Once the reliability of the design was determined, the prototype was built by suitable manufacturing methods such as tuning of inert gas from tungsten (TIG) for the union of the different elements of the structure and other processes such as cutting, bending. Finally, the components of the system were assembled to perform the necessary field tests where it was concluded that the prototype meets the criteria established above, since it is capable of propelling a wheelchair with its occupant on a 12% slope route with a speed of 5km/h, while in a flat area it reaches 20km/h; in terms of autonomy, the system travels a distance of 16 km in full load. It is recommended for future designs to use lighter materials to facilitate handling and reduce their energy consumption

Sillas de ruedas infantiles

Para la correcta elección de una silla de ruedas infantil debe tenerse en cuenta que los niños se encuentran en periodo de crecimiento y de desarrollo de sus capacidades psicomotoras. La utilización de una silla de ruedas y de sistemas de sedestación apropiados en cada momento, puede maximizar la independencia, favorecer el proceso de rehabilitación y retrasar la aparición de deformidades posturales. Debemos tener en cuenta, igualmente, que además de facilitar el desplazamiento, la silla debe dar la posibilidad de conocer y experimentar con el entorno. Tras exponer la importancia de la silla de ruedas como herramienta de rehabilitación y su influencia en el desarrollo, se presentan una serie de requisitos y recomendaciones a tener en cuenta para la elección del producto y se identifican los tipos de sillas presentes en el mercado. Se dedica un capítulo a los componentes y accesorios disponibles para la adecuación postural. Se repasan algunas consideraciones especiales en relación con determinadas lesiones o enfermedades, y se valoran las distintas posibilidades que ofrecen las sillas de interior, ya sea en casa o en la escuela. El documento dedica la última parte a desmontar algunos mitos sobre las sillas de ruedas infantiles y cierra con un capítulo de referencias sobre documentos, disponibles en Internet, y una relación de empresas distribuidoras

Diseño, análisis y construcción de una silla de ruedas plegable fabricada en espuma de poliuretano, fibra de vidrio y resina de poliéster

El siguiente proyecto se fundamenta en la generación de una silla de ruedas enfocada en la minimización de su peso y la maximización de su resistencia estructural, a través del uso de un material compuesto como lo es la fibra de vidrio acompañada de resina de poliéster y espuma de poliuretano estructural. Se pretende hacer uso de un proceso mucho más simple al que se utiliza hoy en día en las sillas convencionales como lo es el metalmecánico, sustituyéndolo de esta manera por medio de la inyección de resina en molde cerrado. La realización de pruebas, ensayos o análisis se fundamenta en la resistencia de materiales, para buscar la solidez en el diseño de la estructura y pruebas de inyección de resinas, para asegurar el proceso ideal, sin pierde el enfoque en el desarrollo del producto como tal

Diseño y construcción de un chasis tubular de un vehículo eléctrico monoplaza tipo NEV para personas parapléjicas

Diseñar y construir un chasis con perfil tubular para un vehículo eléctrico monoplaza utilitario tipo NEV para uso urbano de personas parapléjicas mediante software computacional CAD/CAE y procesos apropiados de manufactura.El objetivo principal del presente trabajo fue diseñar y construir un chasis con un perfil tubular de un vehículo eléctrico monoplaza tipo NEV al cual se le implementaron los sistemas de suspensión, dirección y frenado del Chevrolet Spark y los amortiguadores del Daewoo Matiz en la parte posterior junto a los motores eléctricos que sirven de tracción. Se realizó la investigación teórica y las diferentes metodologías empleadas para la construcción de un vehículo con similares características, además se identificó la población que posee discapacidad en el Ecuador. Las herramientas computacionales utilizadas fueron SolidWorks®, Siemens NX 12®, y MATLAB®/Simulink®. Se dibujaron los posibles bocetos y se seleccionó el más adecuado a esquematizar; se croquizó el perfil del tubo a usar siendo de diámetro de 1 pulgada y 2 mm de espesor. Una vez realizado el bastidor se procedió a realizar el cálculo de las cargas siendo la fuerza final de 10 000 N la carga a aplicarse en colisión frontal, colisión lateral, colisión posterior y en volcamiento, y una fuerza de 1 000 N para la rigidez torsional. Asimismo, se efectuó el análisis ergonómico, el cálculo del área frontal y la simulación aerodinámica CFD del vehículo con una fuerza de arrastre aerodinámico de 58,319 N y coeficiente de arrastre aerodinámico de 0,663. La simulación estática permitió ver las deformaciones máximas obteniéndose como resultados en impacto frontal 8,189 mm; impacto lateral 13,607 mm; impacto posterior 6,574 mm; y en volcamiento 15,415 mm; como también una rigidez torsional del tren delantero de 11 811,069 [(N-m)/deg] y rigidez torsional del tren posterior de 11 300,795 [(N-m)/deg]. Además, la postura del usuario bajo los percentiles del 50 % y 95 % con la base de datos ANSUR I reflejaron una buena posición ergonómica en el habitáculo del coche, como también el correcto dimensionamiento al no exceder la velocidad máxima de 35 km/h o su equivalente de 9,722 m/s para una masa máxima del chasis de 450 kg entre carga muerta y carga viva.Ingenierí