Grupo 4 Abril Julio 2012: Proyecto de Práctica

Descripción General del Proyecto de Práctica

Se debe crear una carretilla o un accesorio para ésta que le permita y facilite, una vez cargada, trasladarse por escalones o escaleras.

Metodología del Diseño Aplicada

Especificaciones básicas

- Funcionales:

Peso de carretilla: 7 kg

Dimensiones: (medidas en centímetros) Base: 50 x 35, Altura: 120, Diámetro de ruedas: 16 cm.

Carga máxima: 120 kg

Dimensiones del escalón: Altura máxima recomendada: 16 cm, ancho mínimo de base recomendada 16 cm.

- Tolerancias

Peso de carretilla: ±0.5 kg

Dimensiones: ± 0.5 cm.

- Condiciones de ambiente y entorno:

Almacenaje: capacidad de apilarse y resistente a condiciones de alta humedad.

Temperatura: para utilización de temperaturas entre los -10°C y 40°C

Higiene y atmósfera: capaz de trabajar en condiciones de alta suciedad y polvo

Tipo de trabajo: transporte de carga de forma segura.

Espacio físico: el dispositivo debe desempeñarse de forma eficaz en ambientes de trabajo variados

- Usuario:

Tipo de usuario: humanos con estatura mayor que la carretilla y extremidades superiores completas.

- Interfaces:

Instalación: se venderá con manual de ensamblaje (ensamblaje básico con herramientas standard del mercado)

Interfaz hombre – máquina: sujeción por mangos ergonómicos.

- Mantenimiento:

Chequear cauchos cada 3 meses

Engrase de rodamientos cada 2 años

Limpieza luego de trabajo con sustancias que la impregnen

- Costos del producto

Costo de fabricación: 1000 bs

Costo de venta: 2000 bs

- Medios de fabricación y procesos

Cuerpo: Tubos extruidos

Uniones del cuerpo: soldadura

- Competencia

Carretilla de 2 ruedas, plegable, peso: 3kg, carga máxima 90 kg. Costo 300 bs.

Carretilla de 2 ruedas, plegable, peso: 5kg, carga máxima 100 kg. Costo 680 bs.

- Venta, uso y retirada

Todos los tubos pueden fundirse de nuevo.

Los cauchos pueden reciclarse

- Vida útil

Cuerpo de carretilla: 10 años

Vida útil de componentes: determinada por componentes.

Caja negra

Árbol de funciones

Flujograma

Analogías

1. Galileo Stair Climbing Wheelchair

2. Stair Max: Climbing Wheelchair

3. Nao: Robot humanoide que sube escaleras

4. Carro a control remoto capaz de subir escaleras

Productos Existentes

1. New Age Stairclimber RotaTruck Hand Truck

2. Wagner: Treppensackkarre

3. Buddy: Carrello Saliscale

4. Zonzini: Carrello Saliscale

5. Escalera StairCat® Stair Climbing Hand Trucks

6. LiftKar HD Heavy Duty Stair Climbing Truck

Patentes

1. Título: "Improved Stair Climbing Hand Trolley"
Inventor (es): Daniel Victor Malone
Número de Patente: AU 2011100954
País: Australia
Enlace Web: Improved Stair Climbing Hand Trolley

Interpretación: El diseño consiste en una carretilla de carga con la capacidad de subir escaleras mediante la reacción del empuje producido por un bloque deslizante de la misma carretilla con el píso. Esta fuerza de empuje ocasionará el ascenso de la carretilla, lo que le permitirá elevarse verticalmente y subir escalones. Este desplazamiento por desplazamiento del bloque se controla mediante un switch que acciona un motor eléctrico. El sistema se alimenta por baterías.

2. Título: " Wheelchair Stair Assist Apparatus"
Inventor (es): Steven Rembos, Rick Guindon, Todd J. Muderlak, Kenneth Muderlak
Número de Patente: US 2011/0254237
País: Estados Unidos
Enlace Web: Wheelchair Stair Assist Apparatus

Interpretación: El invento en este caso consiste en una silla de ruedas que puede desplazarse por escaleras gracias a unas orugas situadas en el espaldar, que tienen relieves que se sujetan a la escalera para un agarre firme. Durante su tránsito por la escalera, se asegura la comodidad del

usuario por un apoya-cabezas ajustable. Nuevamente el sistema funciona por acción de un motor eléctrico.

3. Título: "Wheels for Climbing the Stairs"
Inventor (es): Sung Jen Chun, Wu Shang-Li, Hsu Kuei-Shu
Número de Patente: TW 200920337
País: Taiwan
Enlace Web: Wheels for Climbing the Stairs

Interpretación: En este caso, la patente representa la invención de unas ruedas capaces de moverse en escaleras gracias a elementos propios en su diseño. Estas ruedas poseen patas retráctiles que están guardadas durante su desplazamiento horizontal. Para el movimiento por escaleras, estas patas son extendidas, funcionando como palanca en la escalera y contribuyendo geométricamente, junto con la periferia de la rueda, al tránsito por la escalera.

GENERACIÓN DE IDEAS

Esta sección pretende obtener la mayor cantidad ideas, por lo que se utilizaran varias técnicas que permiten organizar y crear nuevas ideas.

BRAINSTORMING-LLUVIA DE IDEAS (8 hr)

BRAIN WRITING (1h)

Cinta sujetadora
Estructura desarmable
Fuente de energía
Freno
Espacio para pequeña carga

Estructura desarmable
Luces
Fuente de energía (Baterías)
Ruedas desmontables
Porta vasos
Barras o cintas de seguridad

Portatil
Base ajustable
Ruedas retraibles y desmontables
Soporte removible
Movimiento relativo de la estructura de la carretilla respecto a las ruedas

Medidor de peso
Movimiento vertical de las ruedas respecto a la base
Rejillas ajustables para soportar la carga

101 MÉTODOS

ROMPIENDO PARADIGMAS (1h)

Elemento rotativo que porta la carga

Uso de la potencia de una animal

Elemento que elimine el obstáculo para la carretilla
Propulsores en la carretilla

Uso de correas transportadoras

Carretilla Voladora

Nivelación de la superficie sobre la que se traslada la carga

Banda transportadora

Robot portador de la carga

Eliminador de obstáculos

Añadir contrapeso para facilitar el traslado de la carga

Usar un elemento que permita sobrepasar el obstáculo

Traslado aéreo

Usar la energía de un ventilador de alta potencia
Usar catapulta para sortear el obstáculo (la escalera)
Atraer la carga

Usar propulsores o energía desde la base de la carretilla que permita subir la carga

Usar Ruedas más grandes que permitan mejor movilidad al subir y bajar escaleras

Transporte aéreo de carga

Superficie menos rugosa sobre la cual pueda transportarse la carga

DISEÑO CONCEPTUAL (2h)

1 Dispositivo hidráulico que permite subir los escalones
2 Mangos para maniobrar la carretilla
3 Fuente de energía (baterías)
4 Cable que se une al panel de control y al sistema hidráulico
5 Ruedas
6 Emisor de sonido (corneta)
7 Paneles Solares (recolector de energía en el exterior)
8 Panel de control (Freno, Bajar, Subir, exc)
9 Luces

1 Rueda única con sistema de equilibrio
2 Base para la carga
3 Mangos para maniobrar
4,5,6,7, 8 Estructura extensible y portátil de la carretilla

PRINCIPIO EVOLUTIVO (0.5 h)

"Transporte y levantamiento de carga con carretilla"

Etapas

1)Carretillas con dos ruedas
2)Carretillas con +2 ruedas
3)Carretillas de aleaciones livianas/resistentes/inoxidables
4)Carretillas plegables para su almacenamiento.
5)Carretillas con motor eléctrico
6)Carretillas con motor eléctrico + asistencia computarizada
7)Carretillas completamente computarizadas, con piezas móviles y remplazables según preferencia del usuario, también almacenables en una caja.

SINETICS

IDEAS FORZADAS

IMÁGENES (0.5 h)

Capaz de circular por terrenos irregulares
Parachoques para apartar obstáculos
Ruedas desmontables

Forma atractiva al usuario
Temático para ser atractivo
Luces para alumbrar

Ruedas esféricas
Frenos
Sombra al usuario
Ecologista
Material posible. Madera
Sensor que permita determinar el peso de la carga y pantalla para mostrarlo
Resistente al agua y anti-resbalante

Mangos giratorios (para ajuste personal)
Ganchos, pinzas para tomar la carga
Hecha con materiales resistentes

Oruga para cuerdas
Halada por cuerda
Hecha de materiales reciclados
Sistema de frenos

DICCIONARIO (1h)

1) Conformismo: Actitud del que se adapta a cualquier situación con excesiva facilidad.

La carretilla debe adaptarse a cualquier tipo de superficie con ruedas antiresbalantes.
Puede cambiar su configuración de acuerdo a las exigencias del consumidor o usuario.
Fácil montaje, desmontaje y manipulación.

2) Compartir: Repartir, distribuir cosas en partes para que otro u otros puedan beneficiarse con ello.

La carretilla debe cumplir su función de transportar la carga.
Que la disposición de la carga sobre la carretilla permita que la primera esté equilibrada y segura.

3) Acceso: Posibilidad de llegar a algo o a alguien.

Fácil distribución para su posterior venta.
Ligera y maniobrable, incluso en lugares cerrados.
Que permita montaje y desmontaje de forma sencilla.

4) Revelar: Hacer visible la imagen latente impresa en la placa o película fotográfica.

Que la carretilla posea luces para poder trabajar en condiciones nocturnas o de oscuridad.
Publicidad para la venta, aumentando la ganancia.

ANALOGÍAS

En la naturaleza (0.5h)

Los canguros poseen grandes y poderosas patas traseras, grandes pies diseñados para saltar, una colalarga y musculosa para mantener el equilibrio y una cabeza pequeña. El canguro bebe debe permanecer en la bolsa de su madre durante 8 meses.

En otras disciplinas

Coche de bebes

Carretilla de arena y escombros

Carro de supermercado

EMPATÍA (1h)

En el lugar de la carga

Hola, soy la carga y soy muy pesada, para mí es imposible moverme por mi cuenta. A pesar de esto, es indispensable mi presencia en otro lugar. Lo que más miedo me da, es que para llegar a mi destino se deben subir muchas escaleras y doblar esquinas en pasillos estrechos.

¡Estoy muy asustada! Sólo espero que el medio que usen para transportarme resista todo mi peso, también que me puedan montar fácilmente en él. Sin importar lo irregular de mi forma, me gustaría poder sujetarme firmemente a mi medio de transporte, no quiero estar saltando de forma insegura durante todo el camino. Sería ideal que a pesar de lo pesada que soy me pudiera transportar una sola persona, no me gustaría necesitar a todo un batallón para moverme. Finalmente, cuando llegue a mi destino quiero dejar a mi transporte intacto, de manera que tanto mis compañeras como yo podamos usarlo siempre que lo necesitemos.

En el lugar del usuario

De tener que mover una carga pesada, sería ideal tener un medio de transporte en el que se pudiera subir la carga sin mucho esfuerzo. Que el uso del transporte no sea complicado o engorroso, la tarea sólo consista en mover una carga, no quiero tener que concentrarme en muchas otras cosas, tampoco me quiero preocupar por el mantenimiento del equipo, el dispositivo debe ser de fácil mantenimiento y duradero en el tiempo.

Cuando suba las escaleras sería ideal garantizar tanto mi integridad como la de lo que estoy transportando, además de no tener ningún problema al maniobrar el dispositivo. Por último, me gustaría que el desmontar la carga sea un proceso sencillo y también poder guardar el dispositivo de manera que no ocupe mucho espacio y no se dañe por desuso.

FORMULACIÓN DE PROVOCACIONES (0.5h)

¿Cuál es la necesidad a satisfacer?

Facilitar al usuario en el transporte y levantamiento de cargas por escaleras.

¿Dónde se encuentran las escaleras?

Se ubican en espacios cerrados como abiertos, en locales comerciales, en zonas públicas, viviendas, etc.

¿Por qué se debe transportar la carga por escaleras?

Porque el usuario requiere que dicha carga esté ubicada en zonas accesibles únicamente por escaleras.

¿Cómo se facilitará el trabajo del usuario?

Se pretende que la carretilla sólo deba ser trasladada por el usuario y ésta posea un mecanismo para elevarse por sí misma

¿Qué hará levantar por sí misma a la carretilla?

La carretilla dispondrá de un mecanismo accionado por un motor eléctrico que se encargará de levantarla.

¿Cuánto será el peso de la carga máxima a transportar?

120 kg.

5 VECES ¿POR QUÉ? (0.5h)

1_ ¿Por qué fracasaría el traslado de la carga a través de una escalera?

Podría no lograrse el traslado de la carga debido a que esta podría caerse de la carretilla, incluso dañándose. También es puede que se requiera de demasiada fuerza por parte del usuario para subir la carretilla, para que no se acelere mucho de bajada o que de algún modo sea difícil de operar en general.

2_ ¿Por qué se caería la carga?

Es posible que la carga no esté bien sujeta a la carretilla o que la unión de ambas no sea estable y tienda a caerse el conjunto. También es posible que sea necesario inclinar la carretilla demasiado para pasar a través de escalones complicados de superar para ella, y que esto dificulte mantener bien agarradas y seguras la carretilla y la carga.

3_ ¿Por qué podría ser un desnivel difícil de superar por la carretilla?

Un desnivel podría ser complicado de superar por la carretilla ya que, en el caso de una pendiente, esta podría ser muy inclinada y dificultar la operación de la carretilla o requerir mucha fuerza del usuario. De hablarse de la escalera, es posible que haya escalones sobre los cuales sea difícil ubicar la carretilla y más aún moverla.

4_ ¿Por qué la carretilla podría ser difícil de ubicar sobre la escalera?

Podría ser complicado para la carretilla ubicarse en escalones que sean muy angostos y muy altos, ya que es posible que las ruedas no quepan adecuadamente en el escalón, que el dispositivo de subida funcione bien para escalones más bajos o que la carretilla sea demasiado grande como para ubicarse de forma exitosa en ciertos o ser fácil de operación.

5_ ¿Por qué podría ser muy grande la carretilla?

Es posible que la carretilla sea muy grande debido a que haya sido diseñada priorizando mucho que tenga gran capacidad para un número elevado de cargas o cargamentos de gran tamaño, tanto en tamaño como en resistencia de peso. Esto ciertamente le da dicha ventaja a la carretilla, pero podría mermar su maniobrabilidad y su facilidad de uso al subir escaleras.

· ¿Esto puede ser mejorado gracias al diseño?

Claro que puede ser mejorado. Estableciendo un equilibrio entre la importancia que hay de que la carretilla tenga buena capacidad para carga y la de que sea de fácil operación en el tránsito por escaleras, manteniendo dimensiones comprometidas con ambos atributos, permitiendo que la carretilla sea práctica y cuente con maniobrabilidad para escalones de varios tipos e incluso operación en espacios reducidos.

INVERSIÓN DEL PROBLEMA (0.5h)

En este caso imaginamos que debe ser la carga la que sube el dispositivo, si se realiza de esta forma, debemos asegurar de que exista un medio de sujetar firmente la carga al dispositivo, además el dispositivo debe ser ligero para que su peso no afecte el movimiento. También sería útil tener una herramienta que permita proporcionarle a la carga una forma de asirla. Finalmente, para garantizar la detención, acoplar a la carga un dispositivo que permita detener el movimiento del medio de transporte.

TRIZ-RECURSOS

TRIZ-ESTADO IDEAL

La carga se moviliza y sube sin perder integridad y el usuario hace el minimo esfuerzo.

TRIZ-CONFLICTOS

Usuario mueve la carretilla sin gastar energía: los principios recomendados son el 12, 15, 22 y 24

Principio 12- Equipotencialidad. Solución: Disminuir la altura a la que se debe llevar la carga.
Principio 15- Dinámico. Solución: Ajustar la altura y posición de los mangos de la carretilla a la altura deseada por el usuario
Principio 22- Bendición disfrazada. Solución: Utilizar el movimiento de la carretilla para generar energía eléctrica mediante un embobinado.
Principio 24- Intermediario. Solución: Acoplar motor a la carretilla para ser usado como ayuda cuando se presentan cargas muy pesadas.

La escalera permite subir la carga sin aplicar exceso de fuerza: los principios recomendados son el 2, 16, 21 y 26.

Principio 2- Separar. Solución: Utilizar rampa para sortear los escalones.
Principio 16- Acciones parciales. Solución: lograr que la carretilla suba un escalón, luego se realizará el mismo proceso hasta llegar al final.
Principio 21- Aumentar velocidad. Solución: Aumentar la velocidad de traslación para utilizar la inercia de la carretilla para favorecer movimiento.
Principio 26- Copiar.Se considera que este principio no aplica

La carretilla gana velocidad sin perder estabilidad: los principios recomendados son el 1, 18, 28 y 33.

Principio 1- Segmentación. Solución: Posibilidad de modificar configuración de la carretilla para adaptar a la carga a transportar.
Principio 18- Vibración mecánica. Se considera que este principio no aplica.
Principio 28- Mecánica de la sustitución. Solución: Acoplar un giroscopio a la carretilla que ayude a mantener el equilibrio, sin necesidad de que el usuario lo haga.
Principio 33- Homogeneidad. Se considera que este principio no aplica.

El usuario estabiliza la carretilla sin gastar energía: los principios recomendados son el 2, 6, 14 y 39.

Principio 2- Separar. Solución: Dispositivo que permita montar y desmontar la carga fácilmente así como moverla sobre la carretilla.
Principio 6 – Universalidad. Solución: La carretilla es capaz de detenerse por sí misma cuando el usuario la suelta.
Principio 14 - Esfericidad y curvatura. Solución: Utilizar formas curvas en la base de la carretilla para que la carga tienda a mantenerse en un solo lugar.
Principio 39 – Atmósfera inerte. Se considera que este principio no aplica

Los principios seleccionados son:
Principio 15- Dinámico. Solución: Ajustar la altura y posición de los mangos de la carretilla a la altura deseada por el usuario.
Principio 24- Intermediario. Solución: Acoplar motor a la carretilla para ser usado como ayuda cuando se presentan cargas muy pesadas.
Principio 1- Segmentación. Solución: Posibilidad de modificar configuración de la carretilla para adaptar a la carga a transportar.
Principio 14 - Esfericidad y curvatura. Solución: Utilizar formas curvas en la base de la carretilla para que la carga tienda a mantenerse en un solo lugar.

Evaluación de Ideas

Estimación de costos

Los costos presentados a continuación consideran los precios de las unidades individuales y no de su costo de fabricación, considerar estos ultimos valores brindarian una dismunución en los costos de cada uno de las soluciones, sin embargo esto permite comparar las soluciones planteadas.

*Rueda de caucho: Maciza 150 Bs F.

*Sistema de Orugas: 1500 Bs F.

*Estructura Metálica posición simple 500 Bs F.

*Estructura Metálica posicion doble 800 Bs F.

*Mangos: Tipo Puño 110 Bs F.

*Cinturones de Seguridad Tipo Retráctiles: 400 Bs F.

*Ganchos 600 Bs F.

*Freno 400 Bs F.

Opción 1: Doble Posición, Sin Freno, 6 Ruedas, 2 Cinturón.                     Total= 2610 Bs F.
Opción 2: Doble Posición, Con Freno, Oruga, 2 Ruedas, Ganchos. Total=4200 Bs F.
Opción 3: Posición Simple, Con Freno, Oruga, 2 Ruedas, 2 Cinturón.    Total=3500 Bs.F
Opción 4: Posición Simple, Con Freno, 6 Ruedas, 2 Cinturón.                   Total=2600 Bs.F