UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DEL BICENTENARIO

INGENIERÍA EN DISEÑO INDUSTRIAL

Metodología de la información y análisis de la información/Metodología del

Diseño e innovación/Antropometría y Ergonomía

BIPEDESTADOR

Presenta:

MARIELA BARRÓN MORÁN

SUSANA JACQUELINE SILVA RODRÍGUEZ

JUAN MANUEL FONSECA RIVAS

OSCAR EDUARDO JUAREZ TORREZ

Docentes:

JAVIER GUTIÉRREZ GONZÁLEZ

FELIPE DE JESÚS FLORES CALVA

RICARDO FLORES MEDINA

Grupo y Grado:

Tercero A

Silao de la Victoria, Guanajuato, 17 de Julio 2014

I

Resumen del contenido del reporte

El proyecto presentado a continuación es acerca del diseño conceptual de un

bipedestador para adultos tomando en cuenta distintas especificaciones dadas

tanto por el cliente como por los docentes establecidos.

El bipedestador presentado está diseñado para adultos de 20 a 24 años con

problemas de paraplejia, es decir, daño en la columna, con lesiones en la región

torácica que afectan solamente de la cadera a los pies.

Durante el proceso se aplicó la metodología de Pahl y Beitz aunque con ciertas

modificaciones de acuerdo al proyecto aplicado. No se realizó un estudio

antropométrico como tal para personas discapacitadas sino que se realizó una

investigación de datos ya establecidos los cuales fueron encontrados en La

Sociedad De Ergonomistas De México (SEMAC, 2001).

Se realizó un estudio de costos en donde se añaden tanto gastos fijos como datos

variables incluyendo además el margen de utilidad obteniendo así un costo de

venta.

Como resultado se obtuvo un modelo de bipedestador diferente a los actuales en

el mercado de acuerdo al diagrama morfológico y a la matriz de decisión

realizada y a partir de dicho modelo se realizó un análisis estático.

Abstract

The project presented below is about the conceptual design of a stander for

adults considering various specifications given by both the client and established

teachers.

The stander presented is designed for adults 20 to 24 with paraplegia problems,

ie, spinal injury, with lesions in the thoracic region that affect only hip to toe.

During the Pahl and Beitz methodology but with some modifications according to

the applied project was implemented. An anthropometric study was conducted as

II

such for disabled but research already developed data which was performed were

found in “La Sociedad de Ergonomistas de México” (SEMAC, 2001).

A cost study where both fixed costs and variable data add further including profit

margin and cost of obtaining a sale was made.

As a result a different model stander was obtained on the market today according

to morphological matrix diagram and decision already made this model from a

static analysis.

III

Índice

Resumen del contenido del reporte ....................................................................... I

Abstract ................................................................................................................ I

Índice de Tablas ................................................................................................ V

Índice de figuras .............................................................................................. VI

Introducción ......................................................................................................... 1

Capítulo 1 Planteamiento del Problema ............................................................... 2

1.1 Objetivo General ......................................................................................... 2

1.2 Objetivos Específicos ................................................................................... 2

1.3 Justificación ................................................................................................ 2

1.4 Alcances ..................................................................................................... 3

1.5 Limitaciones ................................................................................................ 3

1.6 Metodología aplicada .................................................................................. 3

Capítulo 2 Marco Teórico ..................................................................................... 5

2.1 ¿Qué es la bipedestación? ............................................................................ 5

2.2 Tipos de bipedestador................................................................................. 6

2.3 Discapacidades y Lesiones .......................................................................... 8

Capítulo 3 Requerimientos ................................................................................. 11

Capítulo 4 Desarrollo del producto ..................................................................... 13

4.1 Caja Negra y Caja transparente ................................................................. 13

4.2 Ergonomía ................................................................................................ 14

4.2.1 Estudio antropométrico ............................................................................. 14

4.3 Diagrama Morfológico ............................................................................... 16

4.3.1 Diseño conceptual ..................................................................................... 17

4.4 Matriz de Decisión .................................................................................... 19

4.5 Diseño Conceptual Final ............................................................................ 21

IV

4.6 Análisis estático ........................................................................................ 21

Capítulo 5 Estudio de Costos .............................................................................. 24

Capítulo 6 Resultados Obtenidos ........................................................................ 28

Capítulo 7 Conclusión ........................................................................................ 30

Bibliografía ......................................................................................................... 31

V

Índice de Tablas

Tabla 1 Metodología del Diseño ........................................................................... 4

Tabla 2 Beneficios de la posición bípeda............................................................. 10

Tabla 3 Lista de requerimientos.......................................................................... 11

Tabla 4 Objetivos y criterios ............................................................................... 12

Tabla 5 Antropometría para hombres ................................................................. 15

Tabla 6 Antropometría para mujeres .................................................................. 16

Tabla 7 Diagrama morfológico de bipedestador. ................................................ 17

Tabla 8 Matriz de decisión sobre Actuadores ...................................................... 19

Tabla 9 Matriz de decisión de un bipedestador ................................................... 20

Tabla 10 Costos por Unidad ............................................................................... 25

Tabla 11 Costos de producción .......................................................................... 26

Tabla 12 Costo de Venta .................................................................................... 27

VI

Índice de figuras

Figura 1 Tipo de bipedestador (DISMOSUR, 2009) ................................................. 8

Figura 2 Porcentaje de la población con discapacidad según dificultad en la

actividad (INEGI, Discapacidad en México, 2010) .................................................. 8

Figura 3 Caja Negra ............................................................................................ 13

Figura 4 Caja Transparente ................................................................................. 13

Figura 5 Modelo en CAD ..................................................................................... 21

Figura 6 Análisis estático .................................................................................... 22

Figura 7 Bipedestador Modelo Final .................................................................... 28

Figura 8 Diferentes Vistas del Modelo ................................................................. 28

1

Introducción

Se ha presentado la posibilidad de colaborar con este proyecto que representa la

oportunidad de diseñar un bipedestador. En la actualidad se han formado

expectativas para mejorar la calidad de vida de las personas no importando su

condición física y precisamente este es nuestro objetivo, crear una herramienta

que sugiere ser utilizada para mantener de pie al usuario. Mejorando y activando

su sistema circulatorio, entre otros.

La idea se consolida al tener como base un prototipo, pues es una plataforma

para verificar fallas y adaptarle nuevos componentes. Para que la idea se

consolide se hará un estudio técnico que haga referencia a este problema para

comprobar su uso, además de adaptar toda figura ergonómica que contempla

nuestro mercado meta (beneficiarios directos).

Es un reto que pretende poner en práctica todos los conocimientos y procesos

aprendidos en clase para armar nuestro cometido final. Tomando en

consideración siempre nuestras limitaciones y alcances para crear un diseño lo

más certero, funcional y aplicable posible

2

Capítulo 1 Planteamiento del Problema

1.1 Objetivo General

Diseñar, desarrollar e innovar un prototipo conceptual de bipedestador para

personas adultas asegurando el bienestar y aspectos ergonómicos apropiados

para personas con un daño en la columna o discapacidad motriz que le impida

mantenerse de pie, brindándoles seguridad y reduciendo de manera significativa

daños y heridas, otorgándole mayor autonomía al usuario en su desplazamiento

además de que permite la reintegración al ámbito laboral y social.

1.2 Objetivos Específicos

Corregir el prototipo base.

Analizar las necesidades del mercado meta.

Proponer variantes del diseño.

Diseñar un prototipo ergonómico y funcional.

Desarrollarlo en base a una matriz de decisión

Presentarlo físicamente en una maqueta.

1.3 Justificación

En la actualidad las personas que sufren una discapacidad parapléjica se

encuentran la mayoría del tiempo sentados debido a que solamente pueden estar

en silla de ruedas, por lo cual sufren daños secundarios en su organismo y en sus

diferentes sistemas. El uso del bipedestador ayudaría a reducir estos daños

considerablemente debido a que en la posición bípeda se producirían mejoras en

los sistemas (circulatorio, muscular, digestivo, etc.) y de igual manera mejoras

psicológicas. En México actualmente no existe una organización que produzca

bipedestador y debido a ello estos son muy costosos y difíciles de conseguir por

lo cual se pretende que el diseño propuesto pueda ser accesible para la población

objetivo.

3

1.4 Alcances

Se propone realizar un diseño conceptual, planos de fabricación, un estudio

ergonómico del diseño y un estudio en cuanto a costos generales. De igual

manera se realizara una maqueta para representar las funciones del bipedestador.

1.5 Limitaciones

La principal limitante es la falta de recursos económicos para implementar un

prototipo, los materiales son otro gran obstáculo porque deben coincidir con las

necesidades que se sugiere cubrir, debido a ello solo se realizara la maqueta

correspondiente. Se tiene para realizar el proceso de diseño un tiempo

aproximado de 3 semanas entre las cuales se debe habilitar un proceso de

revisión por el/los docentes correspondientes.

1.6 Metodología aplicada

La metodología aplicada en el proceso del diseño lo basamos en el modelo de

Pahl y Beitz (Cross N. , 2010), se puede observar algunas modificaciones debido a

que lo adaptamos al proyecto presentado.

Se observa que el proceso del diseño es iterativo ya que es posible que estando

en cierta etapa del proceso se pueda regresar si es necesario. Es por eso que

mencionar la retroalimentación y evaluación es importante.

4

Tabla 1 Metodología del Diseño

5

Capítulo 2 Marco Teórico

2.1 ¿Qué es la bipedestación?

“El origen de la bipedestación es el origen del hombre”. El bipedismo es la

capacidad que se tienen de que una persona pueda estar sostenida en dos pies.

Dos millones de años antes que de que el ser humano fuese hábil, el bipedismo

era ya una característica de los homínidos (Bueno, 2012). El encargado de lograr

la bipedestación es el cerebro y específicamente el centro del equilibrio ubicado

en el tronco cerebral, cuya posición dentro del cráneo es aproximadamente a la

altura de la nuca. El centro del equilibrio necesita recibir información del medio

ambiente para conocer cuál es la posición que debe adoptar el cuerpo. (Silvana,

2008).

La importancia de la bipedestación en el ser humano tiene relación a los

beneficios asociados a ésta. La carencia de controlar esta postura ha requerido

diseñar sistemas mecánicos que permitan esta posición, además la incorporación

de un sistema de desplazamiento controlado por el usuario, han logrado que

personas minusválidas realicen tareas cotidianas, mejorando su autoestima y

autonomía.

Cuando hablamos de trastornos o déficits motrices nos referimos a personas que

presentan problemas en la ejecución de sus movimientos, es decir, no pueden

estar en una posición bípeda ya sea por enfermedad, accidente, edad avanzada o

nacimiento.

El bipedestador es un mecanismo diseñado con el objetivo de que personas con

trastornos motrices puedan adquirir una postura bípeda, es decir, en dos pies, y

así puedan mejorar su calidad de vida.

6

2.2 Tipos de bipedestador

La palabra bipedestador nace del concepto de una estructura que da soporte y

apoyo para facilitar la bipedestación de una persona, y así proporcionar facilidad

de movimientos y trasporte.

Los objetivos de un programa de bipedestación son:

Facilita una postura natural simétrica en bipedestación

Mejora y desarrolla el equilibrio del cuerpo superior.

Mejora la amplitud de movimiento en columna, caderas, rodillas y tobillos.

Disminuye el tono muscular anormal así como los espasmos y posibles

contracturas.

Ayuda a generar fuerza de los músculos anti gravitatorios. Reduce la

presión de los tejidos a través de los cambios de posición.

Mejora las funciones sistémicas (respiratorias, digestivas, circulatorias,

etc.)Asiste al desarrollo músculo-esquelético y puede evitar la progresión

de escoliosis.

Ayuda al desarrollo acetabularia de la cadera.

Previene la pérdida de densidad mineral ósea.

Alivia el posible dolor derivado de una posición inadecuada.

Desarrolla la tolerancia y resistencia muscular para la bipedestación.

Posición supina. Tendido sobre la espalda.

Hay una gran variedad de bipedestadores: en supina o ventrales, en prono o

dorsales. Todos con el mismo objetivo: que la estructura ósea como muscular

vayan asumiendo paulatinamente la posición vertical, así el cuerpo por su propio

peso toma conciencia de sí mismo en el espacio. Los bipedestadores pueden ser

estáticos y móviles, o los que pueden pasar de sentado a bipedestación. Las sillas

de ruedas de bipedestación son un tipo especial de dispositivos para ayudar a

adoptar la posición bípeda a personas con movilidad limitada, o nula, de las

extremidades inferiores. Con los bipedestadores estáticos, las extremidades

inferiores (por lo menos la parte baja del tronco) están sujetas con firmeza. El

bipedestador puede estar encima de una base con ruedas, lo que permite que se

7

pueda ser transportado. En la siguiente figura se puede observar distintos

dispositivos que se encuentran en el comercio.

ARIES es un plano inclinado totalmente graduable.

Tiene una reclinación de 60º a 90º mediante un pistón a gas,

por lo que puede ser utilizado también como bipedestador,

permitiendo un óptimo proceso de adaptación.

BELY es un bipedestador con regulación de altura que garantiza

al niño una posición vertical correcta.

BUFFALO es un plano que puede utilizarse tanto en decúbito

supino como en decúbito prono.

CASTOR es un bipedestador que facilita el posicionamiento

vertical de los niños de cualquier edad y complexión física.

NELA es un bipedestador autopropulsable innovador en su

tipo, fruto de la unión de dos características fundamentales:

la primera es la prevención de los daños secundarios que, por

medio de accesorios posturales, permite lograr una

contención adecuada y estable del niño,

RABBIT es un bipedestador autopropulsable para niños activos.

TANA es un plano inclinado que permite al niño alcanzar la

posición vertical gradualmente, comenzando desde una

regulación alrededor de 45º.

TORTUGA es un bipedestador concebido para posicionar niños,

incluso los más pequeños.

8

Figura 1 Tipo de bipedestador (DISMOSUR, 2009)

El bipedestador es una parte importante de muchos regímenes de terapia. El acto

de estar de pie ayuda a estirar los músculos y los tendones para evitar

contracturas, a mejorar la circulación, a ampliar la cavidad abdominal para

respirar y en los procesos digestivos para que funcionen correctamente así como

en la evacuación del tracto superior de la uretra. Permite estar de pie de forma

segura, estable e independiente.

2.3 Discapacidades y Lesiones

La discapacidad física se puede definir como una desventaja resultante de una

imposibilidad que limita o impide el desempeño motor de la persona afectada. Es

decir de las partes afectadas como los brazos y/o las piernas.

Las causas de la discapacidad física muchas veces están relacionadas a problemas

durante la gestación, a la condición de prematuro del bebé o a dificultades en el

momento del nacimiento. También pueden ser causadas por lesión medular en

consecuencia de accidentes (zambullido, por ejemplo) o problemas del organismo

(como un derrame). En la siguiente figura podemos observar que las personas con

discapacidad motriz son la que tiene un mayor porcentaje.

Figura 2 Porcentaje de la población con discapacidad según dificultad en la actividad (INEGI,

Discapacidad en México, 2010)

Según la causa de la discapacidad física, la parte neurológica también pude

afectarse; en estos casos, decimos que hay una deficiencia neuro-motora.

9

Algunas personas podrán tener dificultades para hablar, para andar, para ver,

para usar las manos u otras partes del cuerpo, o para controlar sus movimientos.

Ciertas personas con discapacidad neuro-motora serán capaces de sentarse sin

soporte o auxilio, mientras otras necesitarán ayuda para la mayoría de las tareas

de la vida diaria.

Para que no haya atraso en su desarrollo, es necesario que al ser diagnosticada o

ante la sospecha de cualquier lesión neuro-motora, el paciente sea

inmediatamente atendido por un profesional especializado.

Al intentar definir cualquier tipo de discapacidad, sin embargo, es necesario

enfocar también las aptitudes que esta persona posee, en vez de enfatizar

solamente lo que ella no puede hacer o tiene dificultad de hacer sola (Barbosa).De

este modo, según el área afectada o por la lesión en el cerebro, esta condición

puede provocar diferentes tipos de dificultad de movimientos.

Estos movimientos están clasificados según (DIAZTAGLE, 2011) de la siguiente

forma:

Hemiplejia: Cuando un brazo y una pierna de un mismo lado poseen

dificultad de movimiento y el otro lado presenta total normalidad.

Diplejía: Cuando se ven afectados los brazos y las piernas, aunque

generalmente se presenta en las piernas.

Tripléjia: Cuando se ven afectadas tres extremidades, como por ejemplo las

dos piernas y un brazo, los dos brazos y una pierna.

Tetraplejía: Es cuando se ven afectadas las cuatro extremidades, (aunque

puede presentarse que algunas posean un grado mayor de complejidad), al

igual que el tronco.

Monoplejía: Cuando solo se ve afectada una extremidad.

De acuerdo a los problemas que tenga la persona se necesita un manejo

diferente, ya que los movimientos dela persona y las posturas que puede tomar

son distintos es por eso que se considera el tipo de lesión para el diseño del

bipedestador para así no causarle alguna otra lesión.

10

En la siguiente tabla se muestran alguno de los beneficios que la persona puede

obtener con el uso del bipedestador.

Físicos Funcional Psicológicos

Alivia Otorga integración en Mejora

La presión de los

músculos

Escuela Independencia

Función de la vesícula Tiempo libre Autoestima

Contracturas musculares Casa Comunicación

Respiración Terapia Interacción ojo a ojo

Actividad circulatoria Vida diaria Calidad de vida

Tabla 2 Beneficios de la posición bípeda

11

Capítulo 3 Requerimientos

La tabla 1 nos muestra los diferentes requerimientos que el cliente especificó,

diferenciando así si es un deseo (d) o una demanda (D).

Especificación

Bipedestador

Requerimientos D o d Importancia 1-5

Ajustable 20-24 años X 5

Estable X 5

Sistema de desplazamiento X 2

Asiento giratorio X -

Soporte (rodilla, cadera, pecho y cabeza) X 4

Soporte ajustable X 1

Ajustable longitud de piernas X 2

Desplazamiento autónomo X 4

Desplazamiento asistido X 1

Ligero X 3

Ergonómico X 5

Sistema de elevación X 5

Tipo de ruedas X 3

Material forro X 3

Sujetadores X 3

Funcionamiento eléctrico X 4

Sistema de frenado X 5

Tabla 3 Lista de requerimientos

De acuerdo a los requerimientos establecidos se elaboró posteriormente como un

conjunto de objetivos de diseño, con criterios correspondientes como se muestra

en la tabla 3. (Cross N. , 2010).

Objetivos de Diseño Criterios

Que sea económico para su elaboración

física

Los materiales a utilizar deben ser

económicos pero de buena calidad

Se debe disminuir significativamente el

número de piezas del bipedestador.

12

Que sea estable Que mientras la persona pasa de una

posición sentada a una postura bípeda

la estructura sea estable y no haya

movimientos indeseados.

Que sea autónomo Que el usuario pueda manejarlo de

manera fácil e intuitiva.

Que sea ergonómico Mediante un estudio antropométrico se

definan las medidas adecuadas para el

bipedestador de acuerdo al rango de

edades establecido.

Que sea seguro Que tenga un sistema de frenado y los

soportes adecuados para que la

persona tenga una posición apropiada.

Tiempo establecido Se debe considerar que se tiene

aproximadamente un mes para realizar

todo el proceso de diseño y de igual

manera la maqueta del mismo. No es

factible el prototipo debido al tiempo y

a los recursos.

Tabla 4 Objetivos y criterios

13

Capítulo 4 Desarrollo del producto

4.1 Caja Negra y Caja transparente

De acuerdo al marco teórico y a las especificaciones establecidas anteriormente

se puede conocer primeramente que el dispositivo que se quiere crear es para una

persona en silla de ruedas y que como resultado se debe obtener que dicha

persona pueda tener una posición bípeda, de acuerdo a ello se estableció como

punto de apoyo la siguiente caja negra en donde:

Ya establecidas las entradas y las salidas se comenzó a establecer las funciones

que se quiere que dicho dispositivo debe realizar, las cuales se encuentran en la

siguiente caja transparente como parte de la clarificación del problema.

Persona Bípeda Persona en silla de

ruedas

Energía Mecánica /Eléctrica

Aparato en

movimiento

Mejora en la Salud

Figura 3 Caja Negra

Persona Bípeda Persona en silla de

ruedas

Energía Mecánica /Eléctrica

Aparato en

movimiento

Mejora en la Salud

Figura 4 Caja Transparente

14

4.2 Ergonomía

4.2.1 Estudio antropométrico

Debido al tiempo disponible y a la falta de recursos no se realizó un estudio

antropométrico a personas con paraplejia, pero ya que las medidas

antropométricas son necesarias para este tipo de diseño debido a que es para uso

humano y debe ser ergonómico, es necesario conocer las medidas

antropométricas para aplicar al prototipo del proyecto y de ser posible al diseño

real.

Por lo tanto se buscó en fuentes externas como internet medidas antropométricas

ya establecidas tanto de hombres como de mujeres (SEMAC, 2001) en un rango de

edad de 17-25 años, las cuales entran en el rango específico establecido en los

requerimientos: de 20-24 años. Los resultados obtenidos los podemos observar

en la primera parte de las tablas 4 y 5. Debido a que en la información obtenida

de (SEMAC, 2001) no es suficiente para las medidas antropométricas que

requerimos, por lo cual se decidió tomar a un hombre y una mujer promedio (*),

es decir, que tuvieran una estatura y un peso promedio de acuerdo a las tablas

encontradas y a partir de ellos obtener las medidas faltantes, en cuanto a la

desviación estándar establecimos una desviación de 50 milímetros para obtener

con ello el percentil 95. Los datos obtenidos en las tablas 4 y 5 se encuentran en

milímetros (mm).

Encuestados

Hombres 59

Mujeres 20

Total 79

Percentil 95:

(*)+

=1,645

15

Hombres

Media () Desviación

estándar ()

Percentil 95

P-95

Peso 74,07 10,54 91,4083

Estatura 1743,03 56,12 1835,3474

Altura al hombro 1395,78 73,66 1516,9507

Altura al codo 1123,86 118,81 1319.3024

Altura a la cintura 1049,08 44,81 1122,7924

Altura al ojo 1621,58 100,01 1786,0964

Altura al mentón 1521,53 64,96 1628,3892

Altura al trocánter 897,90 37,33 959.3078

Alcance máximo vertical 2034,95 163,09 2303.2330

*Altura poplítea 500 50 582,25

*Altura pecho parado 1220 50 1282.25

*Altura pies-Bajo pelvis 700 50 782.25

Profundidad máxima del cuerpo 252,42 33,42 307,3959

Antropometría para discapacitados (sentado en silla de ruedas)

Altura codo sentado 751,65 15,71 777,5

Altura Hombro sentado 985,79 17,33 1014,3

Ancho cadera sentado+ silla 1057,55 23.37 1096,0

Tabla 5 Antropometría para hombres

Mujeres

Media () Desviación

estándar

Percentil 95

P-95

Peso 60,74 12,01 80,4964

Estatura 1621 70,45 1736,8902

Altura al hombro 1306 57,32 1400,2914

Altura al codo 1035 48,63 1114,9963

Altura a la cintura 1004 49,95 1086,1677

Altura al ojo 1510 75,18 1633.6711

Altura al mentón 1410 62,04 1512,0558

Altura al trocánter 912 230,01 1290,3664

Alcance máximo vertical 1894 114,19 2081,8425

*Altura poplítea 460 50 542.25

*Altura pecho parado 1180 50 1262.25

16

*Altura pies-Bajo pelvis 710 50 792.25

Profundidad máxima del cuerpo 264 43,76 335,9852

Antropometría para discapacitados (sentado en silla de ruedas)

Altura codo sentado 751,65 15,71 777,5

Altura Hombro sentado 997,34 6,9 1008,7

Ancho cadera sentado+ silla 1057,55 23.37 1096,0

Tabla 6 Antropometría para mujeres

Las tablas anteriores muestra la principal orientación que se debe seguir, ya que

estas medidas son requeridas para la realización del dispositiva pues se pretende

atender las necesidades de adaptación de un instrumento para el usuario final, el

principal beneficiario. Y lo que se pretende es que sea cómodo y ayude a

posicionarse de manera bípeda.

4.3 Diagrama Morfológico

Para la elaboración de las diferentes alternativas de solución después de haber

planteado y clarificado el problema se elaboró el siguiente diagrama morfológico

como en (Cross N. , 2010) mediante una lluvia de ideas realizada por el equipo de

diseño. Del mismo se encontraron 5 Alternativas distintas.

Soporte de pecho Sistema de

Frenado Reposapiés Tipo de llantas

Tipo de

Estructura

Freno mano

Reposapiés en

una pieza

Rueda de caucho

macizo

Estructura

llantas

pequeñas

17

Freno clásico

de bicicleta

Reposapiés de

partes separadas

Rueda de

Freno de

disco

Reposapiés

ajustable en una

pieza

Llanta tubular de

tres ejes

Tipos de Bipedestador

Símbolos

Alternativa 1

Alternativa 2

Alternativa 3

Alternativa 4

Alternativa 5

Tabla 7 Diagrama morfológico de bipedestador.

4.3.1 Diseño conceptual

De acuerdo a los diferentes diseños obtenidos en la matriz de la sección anterior

se encontró como resultado lo siguiente:

18

Alternativa 1

Alternativa 2

Alternativa 3

Alternativa 4

Alternativa 5

19

4.4 Matriz de Decisión

El propósito de la matriz elaborada es elegir uno de los modelos que se han

planteado y desarrollar una investigación de los criterios incluidos.

El proceso de esta matriz es tomar las características que se perciben del entorno:

clientes, diseñadores y del propio producto; después se les asignan

ponderaciones que son evaluadas a criterio del diseñador y como resultado

obtenemos una elección concreta y sustentada mediante las calificaciones

obtenidas de cada uno de los diseños.

Primeramente se analizó mediante una matriz de decisión cuál de los diferentes

actuadores existentes sería el más conveniente para ser parte del sistema de

elevación.

Actuadores Bajo Costo Potencia Mantenimiento Buen Control Precisión Total

Calificación 0.4 0.2 0.1 0.1 0.2 1

Hidráulico 0.5 1 0.4 0.6 0.7

0.64 0.2 0.2 0.04 0.06 0.14

Neumático 0.8 0.9 0.6 0.6 0.7

0.76 0.32 0.18 0.06 0.06 0.14

Eléctrico 0.6 0.5 0.8 0.8 1

0.72 0.24 0.1 0.08 0.08 0.2

Tabla 8 Matriz de decisión sobre Actuadores

A partir de conocer este resultado pudimos realizar la matriz de decisión acerca

de cuál de las diferentes alternativas es la más conveniente, en ella se incluye el

grado de importancia de los diferentes criterios y se multiplica por el valor

obtenido de acuerdo al diseñador.

Concepto criterio Grado de importancia

1 2 3 4 5

Estable 5 4 4 4 5 5

20 20 20 25 25

Sistema de desplazamiento

2 5 5 5 5 5

10 10 10 10 10

Asiento giratorio 2 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

20

Soporte (R,C, P y C) 4 3 2 5 5 5

12 8 20 20 20

Soporte ajustable 1 0 4 2 4 4

0 4 2 4 4

Ajustable de piernas

2 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

Desplazamiento autónomo

4 5 5 5 5 5

20 20 20 20 20

Desplazamiento asistido

1 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

Ligero 3 0 5 5 4 4

0 15 15 12 12

Ergonómico 5 1 3 3 3 5

5 15 15 15 25

Sistema de elevación

5 2 3 3 3 5

10 15 15 15 25

Tipos de ruedas 3 1 4 1 3 3

3 12 3 9 9

Material forro 3 5 3 5 5 5

15 9 15 15 15

Sujetadores 3 3 4 1 3 3

9 12 3 9 9

Funcionamiento eléctrico

(desplazamiento)

4 5 0 5 5 5

20 0 20 20 20

Sistema de frenado 5 2 1 2 5 5

10 0 10 25 25

Total 134 140 168 199 219

Tabla 9 Matriz de decisión de un bipedestador

Orden de comparación

5 Excelente

4 Muy Buena

3 Buena

2 Regular

1 Mala

0 Muy mala

21

En la matriz realizada podemos observar que la alternativa número cinco es la

más óptima para la función deseada teniendo como resultado 219 puntos de un

máximo de 260 puntos, teniendo 20 puntos más que la alternativa antepuesta.

4.5 Diseño Conceptual Final

De acuerdo a la matriz de decisión de la sección anterior podemos encontrar que

la alternativa 5 es la más adecuada. A partir de la matriz, del boceto y del estudio

antropométrico se realizó el modelo en 3D en SolidWorks (Figura 5).

Figura 5 Modelo en CAD

4.6 Análisis estático

De acuerdo al modelo establecido se realizó un análisis estático con el objetivo de

conocer si las fuerzas aplicadas en cada elemento es positivo y el modelo no tiene

riesgo de volcarse. Este análisis se realizó en un plano 2D, obteniendo así los

siguientes resultados:

22

Figura 6 Análisis estático

Queda demostrado con el análisis anterior que las reacciones en el bipedestador

son positivas por lo cual se concluye que el bipedestador está realmente en

equilibrio.

Las reacciones son tomadas al extremo del bipedestador, los pesos de

bipedestador y de la persona son reales, el centro de gravedad del bipedestador

se calculó con ayuda del programa SolidWorks y el centro de gravedad de la

persona ya es conocido.

23

Puede surgir la pregunta si el bipedestador volcara si la persona se inclinar hacia

los lados, la respuesta es que el bipedestador no volcara porque la persona se

inmoviliza de su tórax con ayuda de un soporte para pecho impidiendo una

inclinación de su cuerpo y para que ello ocurra se necesitaría tener un movimiento

muy brusco.

24

Capítulo 5 Estudio de Costos

Este estudio, es importante ya que nos permitirá mostrar los alcances monetarios

y la viabilidad de todo el proyecto en general.

Además de los materiales básicos para construir el bipedestador, se debe

considerar el tiempo invertido en mano de obra. Se tienen que aplicar métodos

que sugieran una entrada de capital, por ejemplo, asegurar que se está cubriendo

la demanda de nuestro rango de población a la que se dirige.

De acuerdo al estudio de costos realizado se obtuvieron las siguientes tablas,

cabe notar que gran parte de los costos establecidos fueron obtenidos de fuentes

externas (Mercado Libre) y por tal razón pueden variar a los locales. En la tabla 9

observamos primeramente Los costos fijos, es decir, el material a utilizar en un

bipedestador.

Costos fijo de material por unidad

Producto Costo

Costos Fijo

Esponja 2" $140.00

Tela m2 $50.00

Base de asiento $180.00

Broches c/u $16.00

Lijas $9.00

Frenos $200.00

Llantas $150.00

Mangos c/u $15.00

Orquilla $180.00

Tubo de acero 2"X6m pz.

$450.00

Soportes $300.00

Actuador $600.00

Tornillos 1/4X2" pz. $1.50

Kw/h $1.75

Grapas $25.00

Renta mensual $1,500.00

Soldadura kg $50.00

Maquinaria

Máquina de soldar $1,900.00

25

Pistola de grapas $1,200.00

Cortadora de metal $1,800.00

Pinzas de presión $180.00

Compresor $1,350.00

Pistola de gravedad $380.00

Manguera para compresor

$289.00

Taladro $399.00

Broca 1/2 $99.00

Cepillo de alambre $29.00

Mascareta para soldar $150.00

Costo total aprox. $11,644.25

Costos Variable

Tapicería $1,000.00

Pintura 320

Total CV $1,320.00

TCF Y CV $12,964.25

M.O

IVA 0.16

PVU $ 15,038.53

Tabla 10 Costos por Unidad

En la tabla 10 se observan los costos de Producción por lo cual incluye tanto los

costos fijos como los costos variables, además del IVA, gastos de Papelería y

mano de obra. Obteniendo así un costo total, que sería como tal el costo de

venta.

COSTOS DE PRODUCCION

Producto Cantidad Costo unitario Costo total

COSTOS FIJOS

Esponja 2" 1 $140.00 $140.00

Tela m2 4 $50.00 $200.00

Base de asiento 1 $180.00 $180.00

Broches c/u 6 $16.00 $96.00

Lijas 10 $9.00 $90.00

Frenos 2 $200.00 $400.00

Llantas 3 $150.00 $450.00

Mangos c/u 2 $15.00 $30.00

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Orquilla 1 $180.00 $180.00

Tubo de acero 2"X6m pz.

2 $450.00 $900.00

Batería 24 V 9.6 A 1 $300.00 $300.00

Actuador 1 $600.00 $600.00

Tornillos 1/4X2" pz. 30 $1.50 $45.00

Grapas 1 $25.00 $25.00

Soldadura kg 1 $50.00 $50.00

Renta mensual 1 $1,500.00 $1,500.00

Kw/h 144 1.75 $252.00

Maquinaria

Máquina de soldar 1 $1,900.00 $1,900.00

Pistola de grapas 1 $1,200.00 $1,200.00

Cortadora de metal 1 $1,800.00 $1,800.00

Pinzas de presión 1 $180.00 $180.00

Compresor 1 $1,350.00 $1,350.00

Pistola de gravedad 1 $380.00 $380.00

Manguera para compresor

1 $289.00 $289.00

Taladro 1 $399.00 $399.00

Broca 1/2 1 $99.00 $99.00

Cepillo de alambre 1 $29.00 $29.00

Mascareta para soldar 1 $150.00 $150.00

Costo total aprox. $11,644.25 $13,214.00

Costos variables

Pintura $320.00 $320.00

Tapicería $1,000.00 $1,000.00

TOTAL CV $1,320.00

PAPELERIA Y UTILES $3,104.85

M.O 5 $3,600.00 $14,400.00

TFC Y CV $14,534.00

IVA 0.16

Precio de Venta por Unidad PVU $36,005.07

Tabla 11 Costos de producción

Podemos observar que el costo de venta por unidad será de $36,005.07 de

acuerdo al estudio de costos realizado. Es importante mencionar que el precio es

más elevado de lo esperado ya que se considera solo una unidad, tomando en

27

cuenta que el desplazamiento y el sistema de elevación son eléctricos y además se

tiene un margen de utilidad del 5%.

COSTO DE VENTA

COSTO TOTAL DE PRODUCCION

MARGEN DE UTILIDAD

$36,005.07 20% 15% 10%

$43,206.08 $41,405.83 $39,605.57

5%

$1,800.25 $37,805.32

Tabla 12 Costo de Venta

28

Capítulo 6 Resultados Obtenidos

De acuerdo a todo el proceso de diseño tenemos como resultado el modelo

mostrado en las figuras .XX

Figura 7 Bipedestador Modelo Final

Figura 8 Diferentes Vistas del Modelo

Bipedestador

Vista Superior Vista Lateral Vista Frontal

29

El modelo mostrado en la imagen anterior se consideró como el diseño final

debido a sus diferentes características de acuerdo a la calificación obtenida en la

matriz de decisión mostrada en la sección anterior.

La estructura está formada por tres llantas, teniendo en su forma distintas figuras

entre triángulos y rectángulos, con el objetivo de que se tenga estabilidad y se

reduzca el material, la parte trasera del modelo presenta un espacio disponible

para que el usuario final pueda ingresar con su silla de ruedas y de manera

autónoma pueda subirse al asiento, posteriormente mediante el sistema de

elevación el asiento subirá junto con el usuario y estirando de esta manera sus

piernas, ya estando en esta posición se optara por colocar los soportes del pecho.

El sistema de elevación está compuesto por un actuador eléctrico. Es importante

mencionar que aunque en la matriz de decisión mostrada en la tabla 7 el actuador

neumático es el más conveniente se optó por el sucesor a esté, es decir, por el

actuador eléctrico con el objetivo de reducir costos y al mismo tiempo trabajo

extra, ya que en el sistema neumático se necesitaría un compresor para que este

funcionara correctamente mientras que con un sistema eléctrico se ahorraría en

una batería como fuente de energía debido a que el sistema de desplazamiento es

eléctrico y la misma fuente se podrá aplicar en los dos sistemas.

Ya que el modelo esta propenso a optimización se consideró que en el sistema de

elevación actual se agregue otro actuador lineal el cual se encuentre en la parte

inferior del asiento con el objetivo de que este se levante simultáneamente con el

asiento quedando en una posición vertical, cabe mencionar que no necesitaría una

fuente de energía extra sino que se eleve conjuntamente con el asiento.

Tiene soportes tanto en rodillas y en el pecho, además de que este último tiene

un soporte que sostiene la espalda con el objetivo de que tenga un sistema

seguro.

Los reposapiés no tienen un resorte o banda elástica como se pensaría sino que

tiene un pequeño grado de inclinación que hace que el pie no cambie de posición.

Se obtuvo un precio de venta de $37, 805.32 según el estudio de costos

realizado.

30

Capítulo 7 Conclusión

A lo largo del proceso de diseño se propuso trabajar con la metodología basada

en Paul y Beitz, que se propone en la materia Metodología del diseño e

innovación, uno de los procedimientos más eficientes de trabajo que nos ayudó a

establecer la forma de trabajo bajo objetivos que deban realizarse en un tiempo

señalado, se aplicaron conocimientos de la materia de Ergonomía y antropometría

para el desarrollo del proyecto teniendo en cuenta que la muestra mínima es de

30 personas para obtener la información requerida que ayude a la adaptación

física entre el cuerpo humano y el bipedestador; se requiere un lapso superior de

tiempo al que se tenía para realizar este análisis antropométrico de la región de

Guanajuato y como resultado esperado garantizar el aspecto ergonómico del

bipedestador, se tuvo ayuda de profesores especializados en el área en el estudio

referente al cálculo de costos para así determinar el precio unitario sin embargo

este puede variar debido a que cuyos precios están registrados por fuente

externas y no por precios reales de establecimientos ubicados en el área por esta

razón se considera que la representación de dicho análisis puede no ser del tanto

concreta; en la materia de Software para Dibujo industrial se realizó el modelado;

una clara representación del prototipo, planos de fabricación de cada elemento

que lo conforman, con las medidas registradas en el análisis antropométrico del

cuerpo humano y para finalizar una vista explosionada del modelo final.

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