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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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