Desarrollo de un prototipo Handbike electromecánico acoplable para silla de ruedas convencionales

En esta propuesta se planteó el desarrollo y construcción de un prototipo de Handbike para silla de ruedas convencionales, partiendo del diseño mecánico, así como la selección de sus componentes eléctricos. Se partió de un diseño realizado en CAD para proceder con su construcción, validación mecánic...

Full description

Autores:
Romero Herrera, Álvaro Javier
Pinto Calderón, César Ferney
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/15878
Palabra clave:
Mechatronic
Mechanical design
Research
Wheelchair
Electric components
Functioning
Rims with motors
Prototype development
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Mechanics
Mecatrónica
Diseño mecánico
Investigación
Desarrollo de prototipos
Amortiguación
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Funcionamiento
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description En esta propuesta se planteó el desarrollo y construcción de un prototipo de Handbike para silla de ruedas convencionales, partiendo del diseño mecánico, así como la selección de sus componentes eléctricos. Se partió de un diseño realizado en CAD para proceder con su construcción, validación mecánica e implementación electrónica. Se procedió a escoger los controladores y se pidieron desde estados unidos, se obtuvieron las llantas con motores, batería y acelerador por internet. En la construcción del prototipo se tuvieron que hacer algunos cambios ya que el prototipo creado en CAD presentó problemas, entonces se diseñó nuevamente para su correcto funcionamiento. En Arduino se creó un código para obtener y guardar con un dispositivo el valor de la velocidad en tiempo real lo cual nos indicaba si el prototipo cumplía lo requerido. Para sus pruebas de validación se hicieron con personas de 80 kg, la primera se realizó en una pendiente de 12 °, en esta pendiente se logró una velocidad de 10 km/h, la prueba de autonomía se realizó en una cancha de un conjunto alcanzando velocidades de 15 km/h y en la prueba de acople se realizó con 3 sillas de ruedas más usadas en Bucaramanga. Al final del proyecto se obtuvo un prototipo totalmente funcional, un manual de usuario con sus especificaciones y un artículo científico.
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Se partió de un diseño realizado en CAD para proceder con su construcción, validación mecánica e implementación electrónica. Se procedió a escoger los controladores y se pidieron desde estados unidos, se obtuvieron las llantas con motores, batería y acelerador por internet. En la construcción del prototipo se tuvieron que hacer algunos cambios ya que el prototipo creado en CAD presentó problemas, entonces se diseñó nuevamente para su correcto funcionamiento. En Arduino se creó un código para obtener y guardar con un dispositivo el valor de la velocidad en tiempo real lo cual nos indicaba si el prototipo cumplía lo requerido. Para sus pruebas de validación se hicieron con personas de 80 kg, la primera se realizó en una pendiente de 12 °, en esta pendiente se logró una velocidad de 10 km/h, la prueba de autonomía se realizó en una cancha de un conjunto alcanzando velocidades de 15 km/h y en la prueba de acople se realizó con 3 sillas de ruedas más usadas en Bucaramanga. Al final del proyecto se obtuvo un prototipo totalmente funcional, un manual de usuario con sus especificaciones y un artículo científico.Introducción 8 1. Planteamiento del Problema 9 1.1. Descripción del Problema 9 2. Justificación 10 3. Objetivos 11 3.1. Objetivo General 11 3.2. Objetivos Específicos 11 4. Estado del Arte 12 5. Marco Teórico 14 5.1. Handbikes 14 5.2. Análisis por elementos finitos 15 5.3. Motor de corriente continua 16 5.4. Segunda Ley de Newton 17 5.5 Sistema de ejes paralelos 19 5.6 Sistema de rache para bloqueo 19 6. Metodología 20 6.1 Fases 21 6.1.1 Nivel Funcional 21 6.1.2 Nivel de Sistema 21 6.1.3 Nivel de Subsistema 21 6.1.4 Nivel de Componentes 22 6.1.5 Prototipo 22 6.1.6 Validación de Componentes 22 6.1.7 Validación de Subsistemas 23 6.1.8 Validación de sistemas 23 6.1.9 Validación de Funciones 23 7. Parámetros de la Máquina 23 7.1 Diseño Conceptual para el dimensionamiento 23 7.1.1 Dimensionamiento Handbike 24 7.1.2 Dimensionamiento silla de ruedas 26 7.1.3 Dimensionamiento persona de prueba/Dummy 26 7.2 Identificación de variables 28 7.2.1 Tabla de variables 28 7.3 Modelo Matemático 29 7.3.1 Análisis de la estructura de la silla de ruedas 30 7.3.2 Análisis de la estructura del Handbike 32 7.3.3 Análisis de la estructura del Handbike y Silla de Ruedas 33 7.3.4 Análisis estático y dinámico del sistema 34 7.4 Diseño CAD del prototipo 42 7.4.1 Modelado sin Dummy y silla 42 7.4.2 Modelado con Dummy y silla 45 7.5 Simulación 46 7.7.1 Simulación del sistema de dirección 47 7.7.2 Simulación del chasís 47 7.7.3 Simulación del sistema de sujeción 48 7.7.4 Análisis modal del sistema 49 7.6 Selección de componentes 49 7.6.1 Selección del controlador 49 8. Construcción del prototipo 51 8.1 Subensamblajes del Handbike 51 8.1.1. Sistema de dirección 52 8.1.2. Chasis 53 8.1.3. Sistema de Sujeción 54 8.2 Sistema Electromecánico 55 8.2.2 Datasheet de los motores 56 8.1.2. Controladores 56 8.2.3 Datasheet de los controladores 57 8.1.2. Acelerador 58 8.2 Subensamblajes y sistema electromecánico 60 9. Pruebas y Resultados obtenidos 61 9.1 Prueba de velocidad 63 9.2 Prueba sobre pendientes inclinadas 64 9.3 Prueba de autonomía 65 9.4 Prueba del sistema de acople 65 10. Conclusiones 66 11. Recomendaciones 67 12. Referencias Bibliográficas 68 13. Anexos 71 A. Planos mecánicos de la maquina 71 B. Código utilizado en arduino 86PregradoIn this proposal, the development and construction of a Handbike prototype for conventional wheelchairs was proposed, based on the mechanical design, as well as the selection of its electrical components. It was based on a design made in CAD to proceed with its construction, mechanical validation and electronic implementation. The drivers were chosen and ordered from the United States, the tires with motors, battery and accelerator were obtained online. In the construction of the prototype, some changes had to be made since the prototype created in CAD presented problems, so it was redesigned for its correct operation. In Arduino, a code was created to obtain and save with a device the value of the speed in real time, which indicated if the prototype fulfilled what was required. For their validation tests, they were carried out with 80 kg people, the first was carried out on a 12 ° slope, on this slope a speed of 10 km/h was achieved, the autonomy test was carried out on a field of a set reaching speeds of 15 km/h and in the coupling test it was carried out with 3 most used wheelchairs in Bucaramanga. At the end of the project, a fully functional prototype, a user manual with its specifications and a scientific article were obtained.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Desarrollo de un prototipo Handbike electromecánico acoplable para silla de ruedas convencionalesDevelopment of an electromechanical handbike prototype that can be attached to conventional wheelchairsIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicMechanical designResearchWheelchairElectric componentsFunctioningRims with motorsPrototype developmentDampingMechanicsMecatrónicaDiseño mecánicoInvestigaciónDesarrollo de prototiposAmortiguaciónMecánicaSilla de ruedasComponentes eléctricosFuncionamientoLlantas con motores[1] Cifuentes A., Plaza M., Rondón S. (2016) Diseño de un módulo de transformación para sillas de ruedas eléctricas en silla de ruedas inteligente. Ciencia y poder aéreo.[2] Jazzy Electric Wheelchairs. Modelos de sillas de ruedas (2017). Consultado el 20 de enero de 2019 en: https://www.jazzy-electric-wheelchairs.com/[3] Sánchez, J. (2015) Diseño y análisis estático de un handbike. (tesis de universidad), Universidad Carlos III de Madrid, Leganés.[4] Norton. (2004) Diseño de maquinaria (cuarta ed, Vol. CUARTA). MONTERRY, Mexico: McGRAW-HILL[5] Castanier,D. (2018) Diseño, construccion e implementacion de un asilla de ruedas electrica peglable para una persona con problemas de movilidad.[6] Sánchez, J. Sánchez. (2020) Diseño de un prototipo de handbike con asistencia eléctrica acoplable a una silla de ruedas.[7] Cooper, R.(1998) «Wheelchair Standards and Testing,» de Wheelchair Selection and Configuration, Pittsburgh, Demos Medical, 1[8] Herrera, C. 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Editora Saraiva, Cap 1.LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8829https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15878/3/license.txt3755c0cfdb77e29f2b9125d7a45dd316MD53open accessORIGINAL2021_Tesis_AlvaroRomero_Cesar_Pinto_firma_JBG.pdf2021_Tesis_AlvaroRomero_Cesar_Pinto_firma_JBG.pdfTesisapplication/pdf2237587https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15878/4/2021_Tesis_AlvaroRomero_Cesar_Pinto_firma_JBG.pdf64475de1eea13f9362d55b78109ee1a7MD54open access2021_Licencia_Alvaro_Romero.pdf2021_Licencia_Alvaro_Romero.pdfLicenciaapplication/pdf793948https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15878/5/2021_Licencia_Alvaro_Romero.pdf8cc9197e405da1805d2ee1533e30e583MD55metadata only accessTHUMBNAIL2021_Tesis_AlvaroRomero_Cesar_Pinto_firma_JBG.pdf.jpg2021_Tesis_AlvaroRomero_Cesar_Pinto_firma_JBG.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4975https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15878/6/2021_Tesis_AlvaroRomero_Cesar_Pinto_firma_JBG.pdf.jpgc2a7b90fcb0db493817f1e8fdd372d3eMD56open access2021_Licencia_Alvaro_Romero.pdf.jpg2021_Licencia_Alvaro_Romero.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10100https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15878/7/2021_Licencia_Alvaro_Romero.pdf.jpgf845e7827effde1c6e821f259d7c2027MD57metadata only access20.500.12749/15878oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/158782023-11-23 01:48:36.288open accessRepositorio Institucional | Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.coRUwoTE9TKSBBVVRPUihFUyksIG1hbmlmaWVzdGEobWFuaWZlc3RhbW9zKSBxdWUgbGEgb2JyYSBvYmpldG8gZGUgbGEgcHJlc2VudGUgYXV0b3JpemFjacOzbiBlcyBvcmlnaW5hbCB5IGxhIHJlYWxpesOzIHNpbiB2aW9sYXIgbyB1c3VycGFyIGRlcmVjaG9zIGRlIGF1dG9yIGRlIHRlcmNlcm9zLCBwb3IgbG8gdGFudG8sIGxhIG9icmEgZXMgZGUgZXhjbHVzaXZhIGF1dG9yw61hIHkgdGllbmUgbGEgdGl0dWxhcmlkYWQgc29icmUgbGEgbWlzbWEuCgpFbiBjYXNvIGRlIHByZXNlbnRhcnNlIGN1YWxxdWllciByZWNsYW1hY2nDs24gbyBhY2Npw7NuIHBvciBwYXJ0ZSBkZSB1biB0ZXJjZXJvIGVuIGN1YW50byBhIGxvcyBkZXJlY2hvcyBkZSBhdXRvciBzb2JyZSBsYSBvYnJhIGVuIGN1ZXN0acOzbi4gRWwgQVVUT1IgYXN1bWlyw6EgdG9kYSBsYSByZXNwb25zYWJpbGlkYWQsIHkgc2FsZHLDoSBlbiBkZWZlbnNhIGRlIGxvcyBkZXJlY2hvcyBhcXXDrSBhdXRvcml6YWRvcywgcGFyYSB0b2RvcyBsb3MgZWZlY3RvcyBsYSBVTkFCIGFjdMO6YSBjb21vIHVuIHRlcmNlcm8gZGUgYnVlbmEgZmUuCgpFbCBBVVRPUiBhdXRvcml6YSBhIGxhIFVuaXZlcnNpZGFkIEF1dMOzbm9tYSBkZSBCdWNhcmFtYW5nYSBwYXJhIHF1ZSBlbiBsb3MgdMOpcm1pbm9zIGVzdGFibGVjaWRvcyBlbiBsYSBMZXkgMjMgZGUgMTk4MiwgTGV5IDQ0IGRlIDE5OTMsIERlY2lzacOzbiBBbmRpbmEgMzUxIGRlIDE5OTMgeSBkZW3DoXMgbm9ybWFzIGdlbmVyYWxlcyBzb2JyZSBsYSBtYXRlcmlhLCB1dGlsaWNlIGxhIG9icmEgb2JqZXRvIGRlIGxhIHByZXNlbnRlIGF1dG9yaXphY2nDs24uCg==