CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
VITOR DE ANDRADE MARTINEZ
DESENVOLVIMENTO DE PROJETO E PROTÓTIPO DE CADEIRA
POSTURAL PARA CRIANÇA COM TETRAPLEGIA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CURITIBA 2016
VITOR DE ANDRADE MARTINEZ
DESENVOLVIMENTO DE PROJETO E PROTÓTIPO DE CADEIRA
POSTURAL PARA CRIANÇA COM TETRAPLEGIA
Monografia do Projeto de Pesquisa apresentada à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso Tcc2 do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, como requisito parcial para aprovação na disciplina.
Orientador: Prof. Doutor Francisco Gödke
CURITIBA 2016
TERMO DE APROVAÇÃO
Por meio deste termo, aprovamos a monografia do Projeto de Pesquisa DESENVOLVIMENTO DE PROJETO E PROTÓTIPO DE CADEIRA POSTURAL
PARA CRIANÇA COM TETRAPLEGIA VITOR DE ANDRADE
MARTINEZ, como requisito parcial para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso 2, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Prof. Doutor Francisco Gödke DAMEC, UTFPR
Orientador
Prof. Mestre Adriano Gonçalves dos Passos DAMEC, UTFPR
Avaliador
Prof. Mestre Sidney Carlos Gasoto DAMEC, UTFPR
Avaliador
Aos meus pais, irmão e toda a minha família que, com muito carinho e apoio, não mediram esforços para que eu chegasse até esta etapa de minha vida.
AGRADECIMENTOS
A Deus por ter me dado saúde e força para superar as dificuldades, assim como por todas as graças recebidas em minha vida.
À minha mãe, Izabel Cristina, sempre compreensível, conselheira e acolhedora, por me ajudar em todos os momentos de dificuldades ao longo da vida.
Ao meu pai, Norton, que sempre acreditou em mim e me apoiou em todas as minhas decisões, bem como não mediu esforços para viabilizar este projeto.
Ao meu irmão, Gabriel, o qual sempre foi e sempre será meu eterno parceiro e fonte de inspiração.
A toda a minha família pelos ensinamentos, e pelos excelentes momentos compartilhados.
Aos amigos de longa data pela constante companhia, compreensão e cuidado. Aos amigos da universidade, cúmplices dessa jornada, que influenciaram diretamente nas minhas escolhas e que ofereceram apoio incondicional. Especialmente ao Mateus Weigert, que teve papel decisivo neste trabalho, ao Lucas Figueiredo e ao Lucas Biazon que foram verdadeiros companheiros nessa caminhada. Aos meus amigos do intercâmbio que me ensinaram a verdadeira definição de amor e família, e que me proporcionaram experiências incríveis.
Aos meus amigos do TETO pela compreensão durante as minhas ausências nas visitas ao Caximba, e pela demonstração de amor incondicional à terceiros.
Ao meu orientador, Francisco Gödke, pela oportunidade em desenvolver este trabalho, e pelo suporte oferecido.
À fisioterapeuta Rafaela Locks e a terapeuta ocupacional Silvia Pinha da Cunha pela atenção, e pelas informações relativas ao trabalho.
Ao Chico Walesko, que gentilmente emprestou as anilhas utilizadas no ensaio mecânico da estrutura tubular da cadeira postural.
Por fim, a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha vida, o meu muito obrigado.
RESUMO
MARTINEZ, V.de A. Desenvolvimento de projeto e protótipo de cadeira postural para criança com tetraplegia, 2016, 78f, Monografia (Graduação em Engenharia Mecânica) Departamento Acadêmico de Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2016.
O comprometimento de determinados grupos musculares e alterações sensório motoras são algumas das características apresentadas por crianças com paralisia cerebral, fazendo-se necessária a utilização de prancha ortostática ou cadeira ortostática para auxiliar no ortostatismo. Atualmente, existem equipamentos que favorecem esses aspectos, porém o custo ainda é bastante elevado, tornando-os inacessíveis a uma grande parcela da população. Com o intuito de oferecer uma alternativa de qualidade com custo reduzido, projetou se na UTFPR uma cadeira postural que possibilita alternar entre a posição sentada e a ortostática. Para isso, utilizou-se uma metodologia de design centrado no usuário. Após uma avaliação de equipamentos similares ao do tema proposto, bem como dos componentes comerciais disponíveis no mercado desenvolveram-se três conceitos para o trabalho. A partir desses conceitos elaboraram-se três protótipos. Além disso, baseado em ensaios mecânicos realizados por outros autores, garantiu-se que a matéria prima é adequada para a fabricação da estrutura tubular da cadeira postural. O PVC apresentou-se como um material com boa resistência mecânica nos testes de flexão e impacto. A fim de garantir que a cadeira postural não apresente dano durante o uso, aplicou-se uma carga de 90 kg na estrutura do dispositivo, e a mesma comportou-se adequadamente. A cadeira postural mostrou-se como uma excelente opção aos produtos disponíveis no mercado, pois atende crianças com até 1,36 metros e 25 kg, assim como possui um custo 96,32% menor do que uma cadeira ortostática convencional, 81% menor do que uma cadeira postural e 74% menor do que uma prancha ortostática.
Palavras-chave: Paralisia Cerebral. Tetraplegia. Tecnologia Assistiva. Cadeira Postural.
ABSTRACT
MARTINEZ, V.de A. Project development and prototype of posture chair for child with tetraplegia, 2016, 78f, Monografia (Graduação em Engenharia Mecânica) Departamento Acadêmico de Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2016.
The impairment of certain muscle groups and sensory - motor changes are some of the characteristics presented by children with cerebral palsy, making it necessary to use supine stander or standing wheelchair to aid in orthostatism. Currently, there is some equipment that favors these aspects, but the cost is still quite high, making them inaccessible to a large portion of the population. In order to offer a quality alternative with reduced cost, a posture chair was designed in UTFPR that allows alternating between sitting and orthostatic position. For this, a user-centered design methodology was used. After an evaluation of similar equipment related to the proposed theme, as well as commercial components available in the market, three concepts were developed for the work. From these concepts, three prototypes were elaborated. Moreover, based on mechanical tests performed by other authors, it was guaranteed that the raw material is suitable for the manufacture of the tubular structure of the postural chair. The PVC was presented as a material with good mechanical resistance in the tests of flexion and impact. In order to ensure that the postural chair does not have damage during use, a load of 90 kg was applied to the structure of the device, and it behaved properly. The posture chair proved to be an excellent option for the products available in the market, since it serves children up to 1.36 meters and 25 kg, as well as having a cost 96.32% lower than a standing wheelchair chair, 81% smaller than a conventional posture chair and 74% smaller than a supine stander.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Equipamentos desenvolvidos pelos alunos do DAMEC. Prancha ortostática
(a) e cadeira postural (b) ... 12
Figura 2 Crianças utilizando a cadeira postural automatizada na associação Erceana de Campo Largo (E.R.C.E). ... 13
Figura 3 Classificação topográfica da paralisia cerebral. ... 18
Figura 4 Prancha ortostática Vanzetti Eréctus Infantil. ... 20
Figura 5 Cadeira Postural Prisma ... 21
Figura 6 Cadeira ortostática Freedom stand up motorizada. ... 22
Figura 7 Macaco Vonder tipo joelho. ... 23
Figura 8 Macaco mecânico do tipo sanfona. ... 24
Figura 9 Macaco hidráulico tipo jacaré ... 25
Figura 10 Macaco hidráulico tipo garrafa. ... 26
Figura 11 Cadeira Postural Automatizada e atuador linear. ... 28
Figura 12 Medidas de um paciente ... 29
Figura 13 Alternância entre as posições sentada e ortostática. ... 31
Figura 14 Eixo de rotação da cadeira localizado sobre o ponto A. ... 32
Figura 15 Posicionamento dos pontos de rotação (ponto A) e aplicação da força pelo mecanismo de acionamento (ponto B). ... 32
Figura 16 Posições de 30 e 45 de liberação do martelo no ensaio de impacto. .. 34
Figura 17 Ensaio de flexão com carga pontual (situação crítica) ... 35
Figura 18 Ensaio da estrutura tubular da cadeira postural ... 36
Figura 19 Gabarito utilizado para determinação do deslocamento. ... 37
Figura 20 Corpos de prova após ensaio de impacto para lançamentos de 30 (a) e 45 (b). ... 38
Figura 22 Conceito 2 ... 41
Figura 23 Conceito 3 ... 42
Figura 24 Protótipo 1 ... 42
Figura 25 Protótipo 2 ... 43
Figura 26 Vista isométrica da cadeira postural ... 44
Figura 27 Estrutura tubular em PVC da cadeira postural ... 45
Figura 28 Reforço estrutural e fixação do assento. ... 45
Figura 29 Parte móvel ... 46
Figura 30 Mecanismo utilizado para realizar a movimentação ... 47
Figura 31 Cadeira postural na posição sentada ... 48
Figura 32 Cadeira postural na posição intermediária ... 48
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Características do macaco tipo joelho. ... 24
Tabela 2 Características do macaco mecânico tipo sanfona. ... 24
Tabela 3 Características do macaco hidráulico tipo jacaré. ... 25
Tabela 4 Características do macaco hidráulico tipo garrafa. ... 26
Tabela 5 Medidas do usuário ... 30
Tabela 6 Carga máxima aplicada pelo cilindro sobre o corpo de prova. ... 39
Tabela 7 Deslocamento do corpo de prova durante aplicação de carga ... 39
Tabela 8 Avaliação da estrutura tubular por meio de três carregamentos. ... 40
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 11 1.1 Contexto do Tema 12 1.2 Caracterização do Problema 13 1.3 Objetivos 14 1.3.1 Objetivo Geral 14 1.3.2 Objetivos Específicos 14 1.4 Justificativa 14 1.5 Estrutura da Monografia 15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 16 2.1 PARALISIA CEREBRAL 16 2.1.1 Tratamentos Clínicos 19 2.1.2 Tratamentos Fisioterapêuticos 19 2.2 EQUIPAMENTOS EMPREGADOS 20 2.2.1 Prancha Ortostática 20 2.2.2 Cadeira Postural 21 2.2.3 Cadeira Ortostática 222.3 Mecanismos manuais de elevação de carga 23
2.3.1 Macaco Mecânico tipo Joelho 23
2.3.2 Macaco Mecânico Tipo Sanfona 24
2.3.3 Macaco Hidráulico Tipo Jacaré 25
2.3.4 Macaco Hidráulico Tipo Garrafa 25
3 MATERIAIS E MÉTODOS 27 3.1 Descrição da Metodologia 27 3.2 Justificativa 27 3.3 Desenvolvimento do Projeto 28 3.3.1 Requisitos do Projeto 29 3.3.2 Seleção do Material 30
3.4 Desenvolvimento da Cadeira Postural. 31
3.5 Avaliações do Equipamento 33
3.5.1 Teste de Resistência Mecânica do tubo de PVC 33
3.5.2 Avaliação da Estrutura Tubular da Cadeira Postural 36
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 38
4.1 Avaliação da Resistência Mecânica 38
4.1.1 Ensaio de Impacto 38
4.1.2 Ensaio de Flexão 39
4.2 Avaliação da Estrutura Tubular em PVC da Cadeira Postural 40
4.3 Conceitos iniciais 40
4.3.1 Conceito 1 40
4.3.3 Conceito 3 41
4.4 Protótipos 42
4.4.1 Protótipo 1 42
4.4.2 Protótipo 2 43
4.5 Cadeira Postural 44
4.5.1 Estrutura da Cadeira Postural 45
4.5.2 Parte Móvel 46
4.5.3 Mecanismo de Acionamento Macaco Mecânico do Tipo Sanfona 47
4.5.4 Operação da Cadeira Manual Postural 47
4.6 Custo da Cadeira Postural 49
4.7 Manual de Fabricação da Cadeira Postural 51
4.8 Manual de Operação da Cadeira Postural 51
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 52
REFERÊNCIAS 53
APÊNDICE A - Manual de Montagem da Estrutura de PVC da Cadeira Postural 57 APÊNDICE B - Manual de Montagem do Assento da Cadeira Postural 62 APÊNDICE C: Manual de operação da cadeira postural 66 ANEXO A - cálculo de força e resultados estático e dinâmico 77
1
A paralisia cerebral (PC)
desenvolvimento de movimentos e posturas que causam limitações nas atividades funcionais e que são atribuídas a distúrbios não progressivos que ocorrem no cérebro
(ROSENBAUM, et al., 2007).
Recentemente, pesquisas têm apontado para o surgimento de diversas deficiências em pessoas portadoras de PC tais como: fraqueza e diminuição de flexibilidade muscular, deformidades ortopédicas, osteoporose, degeneração articular, fadiga e dor (MARGRE, et al., 2010). Consequentemente, a realização de tarefas do cotidiano, bem como a recreação é prejudicada em virtude do prejuízo na deambulação (MACKEY, et al., 2005).
O ortostatismo e a locomoção são atividades bases para a independência funcional da criança, melhorando a qualidade de vida por meio da melhora na realização de tarefas diárias como brincar e relacionar-se com outras pessoas e com o ambiente que a circunda (KYTTÄ, 2003). Tais habilidades são primordiais para o desenvolvimento psicológico, já que a educação psicomotora é de suma importância para a criança, uma vez que garante o desenvolvimento mental, assim como melhora a capacidade de aprendizado.
Em função das lesões manifestadas no paciente, a PC é classificada pelo tipo de tônus, distribuição do acometimento no corpo, e nível de independência. Dentre os tipos de variações tônicas, a mais frequente é a espasticidade, em que 75% das crianças com PC apresentam exacerbação dos reflexos tendíneos, tônus elevado e resistência à movimentação passiva rápida. Segundo a classificação topográfica as crianças espásticas podem ser: quadriplégicas, diplégicas e hemiplégicas (CHAGAS, et al., 2008).
Com o intuito de melhorar a qualidade de vida dos pacientes, bem como sanar, mesmo que parcialmente, desordens motoras e implicações decorrentes da paralisia cerebral, Østensjø et al. (2005) propõem a utilização de recursos de tecnologia assistiva para auxiliar nessas questões. A seleção e o uso de dispositivos como órteses suropodálicas, andadores, cadeiras de rodas, coletes de suspensão e pranchas ortostáticas deve oferecer uma solução efetiva para suprir as demandas do usuário, promovendo assim uma maior autonomia (CURY, et al., 2013).
1.1 Contexto do Tema
Dentre os recursos de tecnologia assistiva, o laboratório de tecnologia assistiva do departamento acadêmico de mecânica da UTFPR CT destaca-se no desenvolvimento de equipamentos de baixo custo e fácil fabricação para pessoas com deficiência, assim como de equipamentos para reabilitação desenvolvidos em PVC. Esses projetos foram contemplados com premiações e certificações nacionais na oitava e sexta edição do Prêmio Fundação Banco do Brasil de Tecnologia Social, 2015 e 2011 respectivamente (GÖDKE, 2015). Além disso, em 2015 o laboratório de tecnologia assistiva em parceria com o Núcleo de Prototipagem e Ferramental (NUFER) também da UTFPR, a UFPR, a UFSC, a UNESP e a UDESC deram início ao desenvolvimento de órteses para crianças com deficiência sensório-motora utilizando a impressão 3D, formando assim a Rede de Desenvolvimento de Produtos em Tecnologia Assistiva, projeto aprovado pela CAPES no edital 59/2014 PGPTA (GÖDKE, 2014).
Dentre os equipamentos desenvolvidos pelo laboratório, estão uma prancha ortostática e uma cadeira postural, Figura 1.
Figura 1 Equipamentos desenvolvidos pelos alunos do DAMEC. Prancha ortostática (a) e cadeira postural (b)
Fonte: (Cabeda & Tonel, 2015)
Em 2015, os alunos Dheryck Schwendler Cabeda e Diego Tonel apresentaram o desenvolvimento de uma cadeira postural automatizada em auxílio à fisioterapia de crianças com tetraplegia para à disciplina de trabalho de diplomação do curso superior de tecnologia em Mecatrônica Industrial, dos departamentos acadêmicos de eletrônica (DAELN) e mecânica (DAMEC) da UTFPR CT, Figura 2.
Figura 2 Crianças utilizando a cadeira postural automatizada na associação Erceana de Campo Largo (E.R.C.E).
Fonte: (Cabeda & Tonel, 2015).
Apesar do êxito no desenvolvimento da cadeira postural, notou-se que a distância entre a tecnologia empregada no acionamento da cadeira e o usuário final é considerável. Uma vez que a reprodução e manutenção dos sistemas de acionamento por meio de Arduíno requer conhecimento específico para essa.
1.2 Caracterização do Problema
Em virtude das complicações decorrentes da paralisia cerebral, exercícios terapêuticos e estímulos corporais, como alongamentos e mobilização das articulações, são excelentes aliados na prevenção de escaras, encurtamentos musculares, rigidez articular, deformidades e problemas circulatórios. Além dessas atividades destacam-se as que visam transferências posturais, fortalecimento dos músculos e destreza na troca de posições (Fabris & Bastos, 2008).
A utilização da cadeira postural, bem como de pranchas ortostáticas permitem a realização dos exercícios supracitados com êxito. No entanto, a utilização de dois equipamentos separados causa transtornos para o usuário e para o fisioterapeuta, uma vez que a troca do paciente entre esses equipamentos gera desconforto para a criança e uma sobrecarga postural para o fisioterapeuta. Em face de evitar tais dificuldades a utilização de uma cadeira ortostática é bem-vinda. Entretanto, o maior empecilho para tal utilização é o elevado custo dessa cadeira, de aproximadamente de R$ 14 mil reais (Maia, 2015).
Baseado nos dados apresentados, o problema é o elevado custo de aquisição de um dispositivo que possibilite a realização de exercícios fisioterapêuticos, alongamentos e alternâncias entre a posição sentada e a vertical.
1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo Geral
Aprimorar um equipamento já existente de auxílio à reabilitação que permita a alternância entre as posições vertical e sentada por meio de acionamento mecânico, utilizando materiais de fácil aquisição, baixo custo e que não exijam maquinário específico para a fabricação.
1.3.2 Objetivos Específicos
Permitir que o paciente fique totalmente em pé; Fixar o paciente pelos joelhos;
Desenvolver um encosto para tronco largo;
Desenvolver um apoio de braço que acompanhe o movimento da cadeira; Elaborar um manual de fabricação e operação do equipamento.
1.4 Justificativa
A grande maioria dos estudos relacionados a mobilidade funcional de crianças com paralisia cerebral é baseada em pesquisas realizadas em países desenvolvidos (RYGBY, et al., 2001). No entanto, em países subdesenvolvidos, o acesso aos recursos de tecnologia assistiva costuma ser restrito. Nesse contexto, o nível socioecônomico da população é fator determinante ao acesso à melhores tratamentos e produtos de tecnologia assistiva, impactando assim, diretamente na mobilidade e qualidade de vida dos pacientes (CURY, et al., 2013).
De acordo com Leite & Prado (2004), a incidência da paralisia cerebral moderada e severa está entre 1,5 e 2,5 por 1.000 nascidos vivos em países desenvolvidos; Ferrarettto & Souza (1998) apontam que considerando todos os tipos de PC esse índice é de 7/1000. Nesses países, a ocorrência é 2/1000 em relação à crianças em idade escolar frequentando centros de reabilitação. Nos Estados Unidos, admite-se a
existência de 550 a 600 mil pacientes portadores de PC tendo um incremento de 20 mil novos casos anualmente.
No Brasil não há estudos conclusivos a respeito, e a prevalência depende do critério de cada estudo, sendo assim, pressume-se uma incidência elevada de PC devido as causas estarem relacionadas à saúde materna, ao cuidado perinatal e à prevenção de acidentes durante o período gestacional (Westbom, et al., 2007). De acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2012), mais de 45 milhões de brasileiros apresentam algum tipo de necessidade especial. Dentre eles, 13,3 milhões de habitantes possuem algum grau de deficiência motora. Ainda de acordo com o IBGE, 46,4% das pessoas com deficiência em idade ativa recebem até um salário mínimo ou não possuem rendimento, sendo que entre a população geral esse valor é de 37,1% (Dallegrave, 2014).
Esses dados apontam a imprescindibilidade de se desenvolver recursos de tecnologia assistiva de baixo custo, podendo assim atingir mais usuários. Portanto, desenvolver um equipamento de auxílio à reabilitação que propicie a alternância entre a posição ortostática e sentada por meio de acionamento mecânico, valendo-se da aquisição de materiais de baixo custo, e que por conseguinte não exijam maquinário específico para a fabricação, é primordial para a melhora nas condições motoras da criança com PC, bem como da qualidade de vida, além de oferecer aos pais, fisioterapeutas e terapeutas ocupacionais melhores condições no trato desses pacientes, facilitando a interação com a criança e protegendo-os contra lesões desnecessárias.
1.5 Estrutura da Monografia
No capítulo 2 a paralisia cerebral é descrita, bem como sua classificação, causas, incidências e os tratamentos utilizados. Além disso, os equipamentos utilizados para a realização de exercícios fisioterapêuticos são abordados.
O projeto e construção da cadeira postural em PVC, assim como os métodos utilizados para seleção dos materiais e avaliações mecânicas do equipamento são apresentados no capítulo 3. No capítulo subsequente são expostos os resultados das avaliações realizadas com relação a resistência mecânica e os conceitos e protótipos que deram origem à cadeira postural. Por fim, no capítulo 5 são apresentadas as considerações finais desta pesquisa, assim como sugestões para trabalhos futuros.
2
Neste capítulo, a paralisia cerebral será abordada nos aspectos clínicos. Além disso, serão apresentados os principais tratamentos comumente empregados. Por fim, serão apresentados alguns dos equipamentos mais utilizados nas reabilitações. 2.1 PARALISIA CEREBRAL
A paralisia cerebral (PC) é identificada por uma alteração dos movimentos controlados ou posturais dos pacientes, originada por um defeito ou lesão não progressiva do cérebro no início da vida, ocorrendo o evento gerador no período pré, peri ou pós-natal (Ferrarettto & Souza, 1998).
Dentre as inúmeras condições que resultam em anormalidades cerebrais, e consequentemente à PC, Salter (1985) afirma que as mais corriqueiras são:
Desenvolvimento congênito anormal do cérebro, especialmente do cerebelo;
Anóxia cerebral perinatal, particularmente relacionada com a prematuridade;
Lesão traumática do cérebro, frequentemente decorrente de erro médico, como o trabalho de parto prolongado, ou uso de fórceps;
Eristroblastose por incompatibilidade Rh;
Infecções cerebrais (e.g. encefalite) na fase inicial do período pós-natal. No entanto, como a paralisia cerebral é raramente diagnosticada nos primeiros meses de vida, a real causa da lesão cerebral normalmente é especulativa (Leite & Prado, 2004).
De acordo com Ferraretto & Souza (1998), a PC pode ser avaliada por dois parâmetros: pelo tipo de disfunção motora atuante, ou seja, o quadro clínico resultante, que inclui os tipos extrapiramidal ou discinético (e.g. atetóide, coréico e distônico), atáxico, misto e espático; e pela topografia dos danos, ou seja, localização do corpo afetado, que inclui tetraplegia ou quadriplegia, monoplegia, paraplegia ou diplegia e hemiplegia. Em 88% dos casos de PC a forma espástica é a incidente (González & Sepúlveda, 2002) e (Young, 1994).
No que tange o aspecto clínico, a paralisia cerebral pode manifestar-se da seguinte maneira:
Hemiplegia: É a forma mais comum, com maior comprometimento do membro superior; além de apresentar sinais de liberação tais como espasticidade, hiper-reflexia e sinal de Babinski. O paciente assume atitude em semiflexão do membro superior, permanecendo o membro inferior hiperestendido e aduzido, e o pé em postura eqüinovara. É comum hipotrofia dos segmentos acometidos, sendo também possível a ocorrência de outras hemi-hipoestesia ou hemianopsia (Leite & Prado, 2004).
Hemiplegia bilateral (tetra ou quadriplegia): Afetam de 9% a 43% dos pacientes. Ocorrem lesões difusas bilateral no sistema piramidal dando além da grave tetraparesia espástica com intensas retrações em semiflexão, síndrome pseudobulbar (e.g. hipomimia, disfagia e disartria), podendo ocorrer ainda microcefalia, deficiência mental e epilepsia (Leite & Prado, 2004).
Diplegia: Dá-se em 10 a 30% dos pacientes, sendo a forma mais encontrada em prematuros. Trata-se de um comprometimento dos membros inferiores, comumente evidenciando uma acentuada hipertonia dos adutores, que configura em alguns doentes o aspecto semiológico denominada síndrome de Little (i.e., postura com cruzamento dos
(Leite & Prado, 2004). A Figura 3 ilustra as três classificações topográficas da lesão. Nela, a cor laranja indica as partes do corpo com pouco ou nenhum comprometimento, e a cor vermelha, os membros acometidos.
Figura 3 Classificação topográfica da paralisia cerebral. Fonte: (Dallegrave, 2014)
Além das condições supracitados, ainda existem, mesmo que raramente, os tipos discinesia, ataxia e formas mistas.
A presença das situações mencionadas anteriormente é obrigatória para a caracterização da PC. No entanto, podem ocorrer distúrbios secundários:
Deficiência mental: Presente entre 30 a 70% dos pacientes. Está intrinsicamente relacionada às formas tetraplégicas, diplégicas ou mistas (Leite & Prado, 2004);
Epilepsia: Ocorre de 25 a 35% dos casos, principalmente associados à hemiplegia ou tetraplegia (Leite & Prado, 2004).
Distúrbios da linguagem (Leite & Prado, 2004);
Distúrbios visuais: Podendo existir diminuição da acuidade visual ou dos movimentos oculares (e.g. estrabismo) (Leite & Prado, 2004);
Distúrbios do comportamento: São mais comuns em crianças com inteligência normal ou limítrofe, que se sentem frustradas pela sua limitação motora, quadro agravado em alguns casos pela superproteção ou rejeição familiar (Leite & Prado, 2004);
Distúrbios ortopédicos: Mesmo em pacientes sujeitos à reabilitação bem orientada, são frequentes retrações fibrotendíneas (50%), (Leite & Prado, 2004).
Os distúrbios citados ocorrem devido a alterações nas áreas motoras cerebrais específicas durante a infância (Leite & Prado, 2004).
2.1.1 Tratamentos Clínicos
Os tratamentos existentes são apenas paliativos, uma vez que, não se pode ainda reverter uma lesão já ocorrida e cicatricial.
O tratamento medicamentoso se restringe a anticonvulsivos e, quando há deficiência intelectual conjunta, medicamentos psiquiátricos também são prescritos (Leite & Prado, 2004).
Segundo Lee et al. (1992), o tratamento cirúrgico é recomendado para corrigir deformidades ou para estabilização articular, quando o tratamento medicamentoso por si só não é suficiente para manter a funcionalidade dos membros e evitar dores. 2.1.2 Tratamentos Fisioterapêuticos
A fisioterapia visa a inibição da atividade reflexa anormal para normalizar o tônus muscular e facilitar o movimento normal, com isso haverá uma melhora da força, da flexibilidade, da amplitude de movimento (ADM), dos padrões de movimento e, em geral, das capacidades motoras básicas para a mobilidade funcional. As metas de um programa de reabilitação são reduzir a incapacidade e otimizar a função. Os alongamentos músculo-tendinosos devem ser lentos e realizados diariamente para manter a amplitude de movimento e reduzir o tônus muscular (Bobath, n.d.) e (Stokes, 2000).
De acordo com Leite & Prado (2004), a fisioterapia na criança deve consistir no treinamento específico de atos como: levantar-se, dar passos ou caminhar, sentar-se, pegar e manusear objetos, além de exercícios destinados a aumentar a força muscular e melhorar o controle sobre os movimentos. Em suma, a fisioterapia prepara a criança para uma função, mantém as já existentes ou as aprimora, trabalhando sempre com a finalidade de reduzir a espasticidade.
2.2 EQUIPAMENTOS EMPREGADOS
Os principais equipamentos empregados para a realização de exercícios fisioterapêuticos ou mesmo no dia-a-dia de crianças acometidas com paralisia cerebral são a prancha ortostática, a cadeira postural e a cadeira ortostática.
2.2.1 Prancha Ortostática
A prancha ortostática, Figura 4, é um equipamento similar a uma maca com amarras para prender o paciente. Tem como objetivo deixar o paciente em uma posição ereta, não necessariamente em 90 , para que se consiga uma melhor circulação sanguínea, um melhor funcionamento do sistema respiratório, bem como evitar o agravamento de deformidades (Fabris & Bastos, 2008).
Figura 4 Prancha ortostática Vanzetti Eréctus Infantil. Fonte: (VANZETTI , 2016)
O estabilizador vertical eréctus infantil oferecida pela Vanzetti, Figura 4, possui os seguintes atributos (VANZETTI , 2016):
Estrutura em aço com pintura epóxi;
Plataforma com regulagem milimétrica de inclinação feita por pistão e regulagem milimétrica de inclinação;
Bloqueadores de joelho com regulagem de altura e largura; Anti tombos traseiros;
Quatro rodízios, sendo dois com travas;
Apoio de cabeça e faixas de quadril e tronco possuem regulagem de altura e largura;
Tampo de mesa em MDF com recorte e anteparo para objetos; Tampo de mesa em MDF com recorte e anteparo para objetos; Altura do encosto espumado nas medidas de 1 m, 1,3 m e 1,5 m; Largura da espuma: 35 cm;
Tecido courvin;
Crianças com até 40 kg;
Preço para a versão de 1,3 m: R$ 2.088,00; 2.2.2 Cadeira Postural
A cadeira postural apresentada na Figura 5, permite acomodar uma criança com desvios posturais de maneira adequada por meio de apoios de tronco, quadril e cabeça. Além desses atributos, a cadeira postural prisma da marca Vanzetti apresenta as seguintes características:
Figura 5 Cadeira Postural Prisma Fonte: (VANZETTI , 2016)
Estrutura monobloco em alumínio com pintura epóxi;
Assento e Encosto plano ou anatômico sob medida ou padrão; Assento com regulagem de profundidade;
Apoio de tronco plano independente com regulagem deslizante na altura e largura;
Apoio de quadril plano independente com regulagem deslizante de largura;
Concha removível com sistema de engate rápido para maior facilidade e rapidez;
Rodas anti-tombos;
Sistema tilt de inclinação da concha de 0 a 45 Abdutor removível com regulagem de profundidade;
Cinto peitoral tipo camiseta (masculino) e borboleta (feminino);
Apoio de braço removível com protetor de roupa e com regulagem de altura;
Apoio de cabeça com regulagem na altura profundidade;
Apoio de pés com suporte duplo, com faixas e com regulagem de altura e profundidade;
Capacidade de carga: 70 kg; Preço: R$ 2790,98
2.2.3 Cadeira Ortostática
A cadeira ortostática, Figura 6, é semelhante à cadeira de rodas, porém com regulagem mecânica para a alternância entre a posição sentada e a ortostática, permitindo assim, independência e mobilidade para o usuário (Fabris & Bastos, 2008).
Figura 6 Cadeira ortostática Freedom stand up motorizada. Fonte: (FREEDOM, 2016)
A cadeira de rodas motorizadas Freedom, Figura 6, possui as seguintes características:
Estrutura em aço carbono ou duralumínio;
Motorização com transmissão por motorredutor engrenado; Apoio de cabeça em poliuretano expandido fixo;
Apoio de braços com regulagem de altura;
Apoio de pés com pedaleiras em alumínio, reguláveis e destacáveis; Encosto rebatível e reclinável;
Função stand up com atuador linear elétrico;
Baterias secas chumbo/ácido seladas VRLA/AGM 38 Ah; Carregador inteligente multivoltagem 24 V x 4 Ah;
Preço: R$ 14.557,59.
2.3 Mecanismos manuais de elevação de carga
Nessa seção são abordados alguns dispositivos comerciais utilizados para elevação de cargas manualmente. Dentre os equipamentos disponíveis no mercado destacam-se os macacos automotivos, pois realizam a função de maneira satisfatória, apresentam um bom custo benefício, bem como são facilmente encontrados no mercado.
2.3.1 Macaco Mecânico tipo Joelho
O macaco mecânico tipo joelho produzido pela Vonder é capaz de levantar cargas de até 800 kg e pode ser conferido na Figura 7.
Figura 7 Macaco Vonder tipo joelho. Fonte: (VONDER, 2016)
Tabela 1 Características do macaco tipo joelho. Macaco Mecânico Tipo Joelho
Capacidade de carga [kg] Altura mínima [mm] Altura máxima [mm] Curso [mm] Comprimento [mm] Largura da base [mm] Preço [R$] 800 70 205 135 315 80 38,90 Fonte: (VONDER, 2016)
2.3.2 Macaco Mecânico Tipo Sanfona
Outra opção amplamente utilizada é o macaco mecânico do tipo sanfona, Figura 8, que possui uma melhor estabilidade quando comparado ao modelo anterior (VONDER, 2016).
Figura 8 Macaco mecânico do tipo sanfona. Fonte: (VONDER, 2016).
Além da melhora na estabilidade esse equipamento apresenta um curso maior que o macaco do tipo joelho. Outras atribuições desse macaco podem ser verificadas na Tabela 2.
Tabela 2 Características do macaco mecânico tipo sanfona. Macaco Mecânico do Tipo Sanfona
Capacidade de carga [kg] 600 Altura mínima [mm] 85 Altura máxima [mm] 330 Curso [mm] 245 Comprimento [mm] 375 Largura do corpo [mm] 45 Largura da base [mm] 70 Preço [R$] 72,98 Fonte: (VONDER, 2016)
2.3.3 Macaco Hidráulico Tipo Jacaré
Dentro da gama de macacos, destacam-se os macacos hidráulicos pela facilidade de acionamento, uma vez que elevam a carga apenas com o acionamento de uma haste.
O macaco hidráulico tipo jacaré, Figura 9, é o mais utilizado em oficinas mecânicas, devido ao sistema possuir rodízios que facilitam a movimentação e o posicionamento do mesmo (VONDER, 2016).
Figura 9 Macaco hidráulico tipo jacaré Fonte: (VONDER, 2016)
Os detalhes técnicos desse equipamento podem ser encontradas na Tabela 3.
Tabela 3 Características do macaco hidráulico tipo jacaré. Macaco Hidráulico Tipo Jacaré
Capacidade de carga [kg] Altura mínima [mm] Altura máxima [mm] Curso [mm] Comprimento [mm] Largura do corpo [mm] Diâmetro do suporte de elevação [mm]
Preço [R$] 2000 135 318 183 419 181 60 116,16 Fonte: (VONDER, 2016).
2.3.4 Macaco Hidráulico Tipo Garrafa
Os macacos hidráulicos tipo garrafa, como mostrado na Figura 10, são indicados para a elevação de cargas e possuem modelos com capacidades variando de 2 t a 50 t. Além disso, possuem válvula de segurança para evitar elevação superior à sua capacidade, cabo dividido em 2 partes que facilita o armazenamento e fuso de
elevação com rosca que proporciona maior elevação e facilita o ajuste no momento da aplicação (VONDER, 2016).
Figura 10 Macaco hidráulico tipo garrafa. Fonte: (VONDER, 2016).
Dentre os modelos disponíveis, os que apresentam uma variação no tamanho do curso estão descritos na Tabela 4.
Tabela 4 Características do macaco hidráulico tipo garrafa. Macaco Hidráulico Tipo Garrafa
Capacidade [kg] 2000 3000 5000 8000 10000 Altura mínima [mm] 181 194 216 230 230 Altura máxima [mm] 345 372 413 457 460 Curso do pistão [mm] 116 118 127 147 150 Curso do fuso [mm] 48 60 70 80 80 Diâmetro do fuso [mm] 20 25 30 35 35 Dimensões da base [mm] 88 x 92 108 x 103 115 x 114 120 x 118 127 x 126 Preço [R$] 56,85 77,19 91,30 113,86 129,06 Fonte: (VONDER, 2016).
3
Nesse capítulo são descritos os métodos de pesquisa utilizados, bem como o projeto, a fabricação e o ensaio mecânico conduzido na estrutura da cadeira postural. 3.1 Descrição da Metodologia
Dado o caráter multidisciplinar do projeto, propõem-se a utilização de uma metodologia baseada no design centrado no usuário, como a metodologia internacional Userfit. Para isso, as seguintes etapas foram aplicadas ao desenvolvimento do produto:
1. Revisão bibliográfica dos temas pertinentes ao desenvolvimento do projeto.
2. Definir junto aos fisioterapeutas e terapeutas ocupacionais do Centro Municipal de Atendimento Especializado (CEMAE) em Campo Largo uma criança que servirá de referência para o desenvolvimento do equipamento.
3. Identificar o tipo de paralisia cerebral e as limitações motoras.
4. Desenvolver conceitos e protótipos que auxiliem na determinação das características do produto.
5. Fabricar o protótipo.
6. Realizar ensaios mecânicos no protótipo.
7. Desenvolver o manual de fabricação da cadeira postural. 8. Desenvolver o manual de operação da cadeira.
3.2 Justificativa
No Brasil, a disponibilidade de produtos acessíveis ou especificamente projetados às pessoas com deficiência ou idosas é muito baixa. Além disso, os produtos utilizados por pessoas com dificuldade motora são importados ou fabricados por profissionais sem formação específica em atividades projetuais, como ocorre com os terapeutas ocupacionais. Normalmente, esses profissionais apenas adaptam produtos preexistentes no mercado ou valem-se de modelos incompletos de recursos
de tecnologia assistiva (TA), resultando em objetos que não atendem adequadamente as necessidades do paciente. A carência de pesquisas, de produtos nacionais voltados para essa clientela e a dificuldade de importação de tais produtos leva à manutenção desse quadro (Maia & Freitas, 2014).
Dessa forma, Maia & Freitas (2014) propõem a utilização de metodologias centradas no usuário para diminuir o abandono dessas tecnologias, bem como aumentar a usabilidade dos recursos de TA. Além disso, os autores sugerem a metodologia de desenvolvimento de produtos de TA como a Userfit, que consiste em um guia dividido em várias partes que tem como proposta ser um manual prático para o design centrado no usuário para TA (Poulson, et al., 1996).
3.3 Desenvolvimento do Projeto
A cadeira postural do presente trabalho é um reprojeto de um equipamento já existente, desenvolvido pelos alunos Dheryck Schwendler Cabeda e Diego Tonel para à disciplina de trabalho de conclusão de curso com o apoio do laboratório de tecnologia assistiva do DAMEC. Esse equipamento, Figura 11, permite a alternância entre as posições sentada e vertical, e consiste em uma estrutura tubular em PVC, uma parte móvel, composta pelo encosto, assento e apoio de pernas em MDF e um atuador linear acionado por um hardware Arduino.
Figura 11 Cadeira Postural Automatizada e atuador linear. Fonte: (CABEDA & TONEL, 2015).
O reprojeto consiste de modificações realizadas em um produto já existente, com o intuito de satisfazer novos requisitos ou melhorá-los (MARIBONDO, 2000). Além disso, tais alterações buscam corrigir ou aprimorar a usabilidade, assim como atender questões técnicas, mercadológicas, legais ou de segurança (BITENCOURT, 2001). 3.3.1 Requisitos do Projeto
O principal requisito contemplado no reprojeto da cadeira postural foi o emprego de matéria-prima, e componentes facilmente encontrados no mercado, de baixo custo e que proporcionem fácil fabricação do dispositivo, sem a exigência de equipamentos especiais. Além disso, o equipamento deve ser leve, possuir boa resistência mecânica, proporcionar boa assepsia e possuir um mecanismo de acionamento dotado de baixa mecanização.
Durante a visita realizada ao CEMAE no dia 13 de junho de 2016, a fisioterapeuta Rafaela Locks e a terapeuta ocupacional Silvia Pinha da Cunha apontaram os principais quesitos de melhoria ao projeto da cadeira postural automatizada, bem como utilizaram o dispositivo na pequena Agatha, que será o usuário da cadeira postural. Dentre os pontos levantados, destacam-se:
A criança deve ficar totalmente em pé;
A cadeira deve apresentar suporte nos joelhos; Apoio de braço acoplado no encosto da cadeira; A cadeira deve ser mais larga no tronco;
Fácil movimentação da cadeira;
Em ordem de desenvolver a cadeira focada em um usuário, a Agatha, a fisioterapeuta apresentou as principais dimensões do paciente.
Figura 12 Medidas de um paciente Fonte: (VANZETTI , 2016)
Baseado na Figura 12, a dimensão do equipamento deve satisfazer as medidas apresentadas na Tabela 5.
Tabela 5 Medidas do usuário
Posição Descrição Dimensão [cm]
A Assento à occipital 58 B Largura do quadril 20 C Profundidade do Assento 31 D Pé ao joelho 30 E Tamanho do pé 21 F Assento ao ombro 40
G Largura dos ombros 31
Hesq Assento à axila esquerda 33
Hdir Assento à axila direita 33
I Largura do tronco 25
Fonte: Autoria própria1
Além disso, a Agatha apresenta uma altura de 1,14m e massa de 18,5kg, bem como hemiplegia e não demonstra deambulação.
Como a cadeira postural poderá ser utilizada no interior de residências, é primordial que o equipamento não exceda as dimensões das portas, cujo tamanho corresponde à 70 cm de largura e 210 cm de altura.
3.3.2 Seleção do Material
Para atender aos requisitos supracitados, adotou-se como principal material estrutural tubos e conexões fabricados em Policloreto de Vinila (PVC). Além disso, devido à padronização das dimensões, o PVC vem sendo amplamente empregado em equipamentos de reabilitação (TOYODA, 2008). Ademais, esse material apresenta baixo custo, leveza, resistência mecânica, boa higienização, assim como, fácil montagem através de variadas conexões (POIER, 2013).
Outro fator determinante para a escolha do PVC, foi a larga aplicabilidade em projetos da área de tecnologia assistiva pelo Laboratório de Tecnologia Assistiva da UTFPR, bem como o sucesso reconhecido pelo prêmio Fundação Banco do Brasil de
Tecnologia Social 2011 e 2015 no projeto Equipamentos para Reabilitação Desenvolvidos em PVC (GÖDKE, 2015).
No entanto, a fim de garantir aceitável nível de segurança, na subseção 3.5.1 são apresentadas as avaliações da resistência mecânica dos tubos de PVC abordadas nos trabalhos de Dallegrave (2014) e Hoeflich e Braciak (2011).
3.4 Desenvolvimento da Cadeira Postural.
O desenvolvimento da cadeira postural deu-se por meio de dois problemas: a mudança da posição entre a posição sentada e a ortostática, como apresentado na Figura 13, e o mecanismo de acionamento para realização desse movimento.
Figura 13 Alternância entre as posições sentada e ortostática. Fonte: (Cabeda & Tonel, 2015)
Baseado nas medidas antropométricas da criança determinou-se as dimensões mínimas do projeto, Tabela 5. Portanto, a cadeira deve atender uma criança com estatura de 1,14 m. No entanto, com o intuito de abranger o crescimento da criança ou a utilização do equipamento por outras crianças, definiu-se que a altura máxima do paciente será de 1,36 m. Sendo assim, a soma do comprimento do encosto, do comprimento do assento e do comprimento do apoio de pernas deve totalizar 1,36m.
Cabeda e Tonel (2015) constataram que a alternância entre as posições inicial, intermediária e vertical ocorrem ao redor de um ponto comum, o ponto A, como apresentado na Figura 14.
Figura 14 Eixo de rotação da cadeira localizado sobre o ponto A. Fonte: (Cabeda & Tonel, 2015), adaptado pelo autor.
A posição do ponto A foi definida arbitrariamente por Cabeda e Tonel (2015), e o mesmo encontra-se localizado a 100 mm da borda frontal do assento.
Em função do curso dos mecanismos de acionamento disponíveis no mercado, determinou-se a localização do ponto de aplicação da força no assento pelo dispositivo de acionamento. A esse ponto denominou se de ponto B, Figura 15.
Figura 15 Posicionamento dos pontos de rotação (ponto A) e aplicação da força pelo mecanismo de acionamento (ponto B).
O ponto B está localizado a 100 mm do ponto de rotação (ponto A), e foi determinado através do cálculo das relações trigonométricas. Para isso, verificou-se que a distância entre o ponto A e o ponto B são sempre as mesmas, independentemente da posição da cadeira. Sendo assim, a distância entre o ponto B no início do movimento e o mesmo ponto B no final do movimento corresponde ao curso do equipamento de acionamento da cadeira. Assim, o curso necessário para deslocar a cadeira da posição inicial até a posição vertical é de 140 mm.
Tendo em mãos os principais problemas e requisitos do projeto, utilizou-se a técnica de brainstorming individual para conceber alternativas de projeto, para que, posteriormente fossem desenvolvidos os protótipos.
3.5 Avaliações do Equipamento
Em ordem de garantir a segurança do equipamento, foram realizadas avaliações de resistência mecânica do PVC por Dallegrave (2014) e Hoeflich e Braciak (2011), assim como da estrutura tubular da cadeira.
Em um primeiro momento, o PVC utilizado na fabricação foi submetido a ensaios mecânicos, objetivando a comprovação da resistência do material.
Posteriormente, avaliou-se a estrutura tubular da cadeira, a fim de assegurar que a mesma não entre em colapso durante o uso.
3.5.1 Teste de Resistência Mecânica do tubo de PVC
Submeter o PVC a testes mecânicos é de suma importância para minimizar a possibilidade de acidente ao paciente e aos cuidadores durante a utilização do equipamento. Para isso, foram consideradas duas situações críticas para delinear quais os testes que deveriam ser aplicados: o rompimento devido a choques do equipamento contra objetos e o rompimento do tubo superior devido à carga aplicada. Portanto, definiu-se que os ensaios de impacto e de flexão seriam executados. Ambos os ensaios foram realizados no laboratório de ensaios mecânicos e no laboratório de pneumática da UTFPR, sendo o primeiro executado por Hoeflich e Braciak (2011) e o segundo por Dallegrave (2014).
3.5.1.1 Ensaio de Impacto
O ensaio de impacto visa prever o risco de quebra da matéria prima em função de eventuais impactos que o material venha a sofrer em decorrência do uso (SOUZA, 1982). Os ensaios de impacto foram conduzidos pelos alunos de Engenharia Mecânica João Hoeflich e Everson Braciak. O experimento foi realizado com um mecanismo pendular para ensaio de resistência de impacto modelo PS30 para testes Charpy, com pêndulo de massa 18,75 kg e raio de giro de 825 mm. Para a execução dos ensaios, o pêndulo foi liberado do repouso em 2 alturas diferentes, correspondendo aos ângulos de 30 e 45 do braço do pêndulo com a vertical, conforme mostrado na Figura 16 (HOEFLICH & BRACIAK, 2011).
Figura 16 Posições de 30 e 45 de liberação do martelo no ensaio de impacto. Fonte: (HOEFLICH & BRACIAK, 2011)
Devido às limitações no equipamento, os corpos de prova utilizados consistiam em dois tubos de PVC com 25mm de diâmetro e 60 mm de comprimento.
3.5.1.2 Ensaios de Flexão
Segundo Dallegrave (2014), o ensaio de flexão reproduziu a situação mais crítica, que corresponde a um carregamento concentrado no centro de um tubo de
extremidades, Figura 17. O corpo de prova foi fixado a um suporte metálico, de maneira a permitir a utilização de um atuador pneumático linear preso ao PVC por uma cinta de nylon.
Figura 17 Ensaio de flexão com carga pontual (situação crítica) Fonte: (Dallegrave, 2014)
O teste de flexão abrangeu duas vertentes: a primeira englobou um ensaio quase estático, no qual uma carga crescente era aplicada ao centro do corpo de prova, já a segunda parte, um ensaio de fadiga no qual a carga máxima utilizada no teste estático foi aplicada de maneira cíclica.
Em ordem de determinar a magnitude das forças aplicadas ao sistema, utilizou-se a Equação 1.
(1) Nessa equação, F corresponde à força aplicada, em kgf, P é a pressão em kgf/cm2 e A é a área da seção transversal do atuador pneumático, em cm2. Além disso, a área da seção transversal é definida como a diferença entre as áreas do êmbolo e da haste do cilindro, Equação 2.
(2) Onde D é o diâmetro do êmbolo (8 cm) e d é o diâmetro da haste (2,5 cm). Com isso obtém-se A= 45,33 cm2. A partir desse valor e da equação 1, tem-se a equação 3:
(3) A equação 3 apresenta a força resultante aplicada no ensaio em função da variação de pressão.
Para o ensaio de flexão estático adotou-se, inicialmente, a pressão de 1 kgf/cm2. Posteriormente, o corpo de prova foi submetido a um aumento na pressão de 1 kgf/cm2 a cada três minutos, até atingir 5 kgf/cm2.
Para o ensaio em fadiga, definiu-se o valor da pressão como sendo de 5 kgf/cm2 aplicados ciclicamente na amostra durante o período de doze horas (DALLEGRAVE, 2014).
3.5.2 Avaliação da Estrutura Tubular da Cadeira Postural
Os ensaios apresentados previamente avaliaram o comportamento mecânico da matéria prima. No entanto, devido ao risco de lesão ao usuário ou aos cuidadores, decidiu-se avaliar a estrutura tubular da cadeira postural.
O objetivo deste ensaio é avaliar o comportamento global do conjunto, bem como o deslocamento máximo no ponto médio do tubo mais solicitado. Além disso, verificou-se a funcionalidade do tubo, mesmo sob condições de carregamento não previstas durante o uso.
O ensaio consistiu na aplicação de cargas concentradas, correspondentes à 30 kg, 60 kg e 90 kg, diretamente sobre o tubo mais crítico do projeto, o tubo localizado sobre o Ponto A, Figura 18.
Figura 18 Ensaio da estrutura tubular da cadeira postural Fonte: Autoria Própria2
Após a aplicação das cargas, determinou-se por meio de um gabarito o deslocamento máximo no ponto médio do tubo para os carregamentos supracitados.
Figura 19 Gabarito utilizado para determinação do deslocamento.
O gabarito utilizado é composto por uma escala graduada e dois esquadros, sendo um deles fixo à base e o outro móvel.
4
Nesse capítulo, são descritos os resultados dos testes mecânicos aos quais a cadeira postural foi submetida, bem como os principais conceitos e protótipos que levaram ao desenvolvimento do produto. Ao final, são apresentados o manual de fabricação e de operação da cadeira postural.
4.1 Avaliação da Resistência Mecânica
Nos itens subsequentes são apresentados os resultados obtidos com a realização dos ensaios mecânicos do PVC, tanto em relação à flexão do material quanto em relação à resistência ao impacto, assim como as forças aplicadas nos corpos de prova.
4.1.1 Ensaio de Impacto
Segundo Dallegrave (2014), o objetivo do ensaio de impacto foi verificar a resistência à ruptura do PVC com diâmetro de 25 mm. Em virtude de limitações do equipamento, utilizou-se um corpo de prova com diâmetro menor do que o do projeto (i.e. diâmetro de 32 mm).
Para a realização do ensaio, aplicaram-se forças com magnitudes de 299,88 kgf e 280,2 kgf. Em ambos os casos, o material absorveu energia por meio da deformação plástica, porém sem atingir a ruptura, como mostrado na Figura 20.
Figura 20 Corpos de prova após ensaio de impacto para lançamentos de 30 (a) e 45 (b). Fonte: (HOEFLICH & BRACIAK, 2011)
4.1.2 Ensaio de Flexão
A partir dos valores apresentados no Anexo A (i.e. cálculo de força e resultados estático e dinâmico), Dallegrave (2014) calculou a carga máxima aplicada no corpo de prova para cada diferencial de pressão, como pode ser verificado na Tabela 6.
Tabela 6 Carga máxima aplicada pelo cilindro sobre o corpo de prova.
Pressão [kgf/cm2] Força resultante [kgf]
1 45,33 2 90,66 3 135,99 4 181,32 5 226,66 Fonte: (DALLEGRAVE, 2014).
Durante os ensaios constatou-se que a amostra se deslocou pouco ao receber o carregamento, Tabela 7, comportando-se de maneira elástica. No entanto, quando o corpo de prova foi solicitado com pressões de 5 kgf/cm2 foi possível escutar um pequeno estalo no conjunto de PVC, sem ocorrer rompimento, rachaduras visíveis ou deformação significativa do mesmo. Além disso, o corpo de prova não se soltou das conexões (DALLEGRAVE, 2014).
Tabela 7 Deslocamento do corpo de prova durante aplicação de carga Pressão
[kgf/cm2] Deslocamento [mm]
Carga 1 Carga 2 Carga 3 Carga 4 Carga 5 Média
1 5 7 8 6 7 6,6 2 13 11 14 13 13 12,8 3 17 15 18 17 18 17 4 22 19 21 20 21 20,6 5 27 26 25 25 26 25,8 Fonte: (DALLEGRAVE, 2014).
Dallegrave (2014) conduziu o ensaio de fadiga por doze horas sob um carregamento alternado de 5 kgf/cm2, equivalente à pressão máxima aplicada no teste quase estático. Após o término do ensaio, constatou-se que o deslocamento no corpo de prova foi muito pequeno, de apenas 5 mm.
4.2 Avaliação da Estrutura Tubular em PVC da Cadeira Postural
Com o intuito de avaliar o comportamento mecânico da estrutura tubular da cadeira, quanto a presença de deformações e danos estruturais, realizou-se um ensaio sobre o tubo mais crítico.
Após três carregamentos consecutivos, aferiu-se o deslocamento máximo no ponto médio do tubo para cada carregamento, como apresentado na Tabela 8.
Tabela 8 Avaliação da estrutura tubular por meio de três carregamentos. Carga aplicada [kg] Deslocamento máximo no ponto médio [mm]
30 5
60 8
90 14
O ensaio possibilitou verificar a eficácia do conjunto, uma vez que, o sistema se apresentou estável e sem sofrer danos, mesmo após o carregamento máximo. Ademais, mesmo com o deslocamento máximo, de 14 mm, a rotação do
posicionados no tubo superior não foi prejudicada. 4.3 Conceitos iniciais
Baseado no estado da arte das cadeiras posturais, pranchas ortostáticas e cadeiras ortostáticas desenvolveram-se três diferentes conceitos para a cadeira postural.
4.3.1 Conceito 1
O conceito 01 apresentado na Figura 21, consiste em um mecanismo de acionamento por tirantes. Esse sistema permite que o cuidador promova a troca entre as posições sentada e vertical, por meio do acionamento do tirante com um pé. Com isso, a cadeira sofreria um movimento de rotação ao redor de um eixo posicionado no centro do assento. O retorno a posição inicial seria feito da mesma forma, porém utilizando o tirante traseiro.
4.3.2 Conceito 2
Outro conceito apresentado, o conceito 2, utiliza um cilindro hidráulico para promover o deslocamento, Figura 22. Em contraponto com o primeiro conceito, nesse, o eixo de rotação está localizado na borda frontal do assento.
Figura 22 Conceito 2 4.3.3 Conceito 3
Após algumas análises do movimento executado entre o assento e o encosto verificou-se que o mesmo deve ocorrer de forma simultânea, se o assento é acionado o encosto também é solicitado na mesma medida.
Baseado nisso, concebeu-se o conceito 3, como apresentado na Figura 23. Esse conceito é confeccionado todo em PVC, e possui quatro guias construídas na lateral esquerda e direita do assento e do encosto. O link entre as guias possui comprimento fixo, e é fabricado com tubos e conexões em PVC. Com esse acoplamento, os movimentos entre as partes tornam-se dependentes entre si.
Figura 23 Conceito 3
4.4 Protótipos
As análises dos equipamentos disponíveis no mercado, bem como dos componentes facilmente encontrados em diversas lojas originou três protótipos. 4.4.1 Protótipo 1
Baseado no conceito 1, desenvolveu-se o primeiro protótipo, Figura 24.
Figura 24 Protótipo 1
Com isso, identificaram-se alguns problemas conceituais, tais como: A utilização de um articulador
encosto, não possibilitou uma movimentação conjugada do sistema. Devido à falta de um mecanismo que dificulte a rotação da cadeira ao
fez com que a ideia da alternância de posições através de uma força aplicada nos tirantes fosse abortada.
Apesar do protótipo 1 não ter obtido sucesso, o mesmo foi crucial por apresentar a dificuldade em conseguir uma movimentação dependente entre as superfícies móveis (i.e. encosto, assento e apoio de pernas). Assim como, desenvolver uma solução para esse problema somente com a utilização de componentes facilmente encontrados no mercado e que não necessitem de ferramentas especiais ou profissionais especializados.
4.4.2 Protótipo 2
O protótipo 2 baseou-se em grande medida no conceito 2 e na cadeira postural automatizada desenvolvida por Cabeda e Tonel.
A Figura 25 apresenta a estrutura tubular desse protótipo, e é possível verificar uma similaridade com a estrutura tubular da cadeira postural automatizada. Embora, ambas compartilhem linhas comuns, o protótipo 2 não apresenta um suporte de braço fixo, requisito apontado como possível implemento no desenvolvimento da cadeira postural. Ademais, o protótipo 2 é ligeiramente mais largo que a cadeira postural automatizada.
Apesar do êxito em possibilitar a alternância de posições, alguns pontos precisaram ser aprimorados no protótipo 3, como:
Redução do apoio de pernas em dez centímetros, com consequente diminuição da altura da cadeira, na mesma medida. Com isso, a rigidez do conjunto aumentou, pois, o centro de gravidade diminuiu.
Desenvolvimento de um reforço estrutural para o tubo mais crítico, diminuindo assim, o risco de acidentes devido à falha do mesmo.
A implementação dessas melhorias originou o terceiro protótipo da cadeira postural.
4.5 Cadeira Postural
As evoluções supracitadas foram de suma importância para o desenvolvimento do terceiro protótipo da cadeira postural, como mostrado na Figura 26.
A cadeira apresentada na figura anterior conta com assento e apoio de pernas estofados com espuma densidade 33 kg/m3 e corino. Além disso, a cadeira postural possui cinta nos quadris e joelhos confeccionados em velcro com espessura de 5 cm. 4.5.1 Estrutura da Cadeira Postural
A estrutura tubular em PVC da cadeira manual atendeu todos os requisitos de projeto, uma vez que consiste em uma estrutura leve, fabricada apenas com a utilização de uma serra arco, um martelo de borracha, uma furadeira, uma trena e uma caneta. A Figura 27 mostra a estrutura tubular da cadeira.
Figura 27 Estrutura tubular em PVC da cadeira postural
Apesar de o projeto prever a utilização da cadeira por crianças de até 25 kg, garantiu-se, por meio de ensaio mecânico, um coeficiente de segurança maior do que 3,6. Esse indicador foi garantido através do posicionamento de dois tubos paralelos conectados por um tubo vertical, Figura 28.
Além disso, inseriu-se uma madeira do tipo cedrinho com diâmetro de 25 mm e 680 mm de comprimento dentro do tubo superior, essa madeira normalmente é utilizada em cabos de vassoura
móveis posicionados no tubo superior, como mostrado na Figura 28.
Por fim, com intuito de aumentar a rigidez do sistema, assim como fixar o macaco, a estrutura tubular é fixada sobre uma base em MDF de 15 mm através de
4.5.2 Parte Móvel
A parte móvel é composta pelo encosto, assento e apoio de pernas, Figura 29.
Figura 29 Parte móvel
Como apresentado na figura anterior, a parte móvel foi fabricada basicamente em MDF. No entanto, o apoio de tronco e o apoio de braços são compostos por uma estrutura tubular.
Em ordem de oferecer um equipamento que se adapte a crianças com até 1,36 m, o apoio de braços e o apoio de pés são móveis. Esses podem assumir posições pré-estabelecidas.
4.5.3 Mecanismo de Acionamento Macaco Mecânico do Tipo Sanfona
A partir da análise dos dispositivos de elevação de carga disponíveis no mercado, optou-se pelo uso do macaco mecânico do tipo sanfona, Figura 30.
Figura 30 Mecanismo utilizado para realizar a movimentação
Realizou-se essa escolha baseada em dois critérios: o curso do macaco e a possibilidade de paradas durante a transição entre as posições sentada e ortostática.
Os mancais foram fabricados isso, a roda
foi removida, e as abas do rodízio foram dobradas para proporcionar a fixação adequada. As dobras foram realizadas com a utilização de um martelo e uma morsa.
O link entre o macaco e o assento foi confeccionado a partir de um tubo oblongo em aço para cabideiro com medidas internas de 30 mm x 15 mm.
4.5.4 Operação da Cadeira Manual Postural
Devido às questões de projeto, a alteração entre as posições sentada e vertical da cadeira postural ocorre em três fases, como descrito a seguir:
4.5.4.1 Fase 1: Posição Inicial
A primeira fase corresponde a posição inicial, em que a cadeira deve estar obrigatoriamente na posição sentada, como apresentado na figura a seguir.
Figura 31 Cadeira postural na posição sentada
Como mostrado na Figura 31, a trava para o apoio de pernas deve estar posicionada adequadamente. Com isso, a posição repouso fica assegurada, bem como a posição intermediária, que será abordada no item subsequente.
4.5.4.2 Fase 2: Posição Intermediária
A transição entre a posição inicial e a intermediária dá-se por meio do acionamento do macaco. Ao atingir a posição intermediária, Figura 32, a parte móvel da cadeira postural encontra-se totalmente estendida.
Com isso, por meio de uma trava da parte móvel é realizado o travamento do encosto, do assento e do apoio de pernas nessa posição. Após esse procedimento, a trava para o apoio de pernas deve ser removida, finalizando assim, a posição intermediária.
4.5.4.3 Fase 3: Posição Vertical
Por fim, o acionamento do macaco conduz a parte móvel até a posição vertical, Figura 33. Ao atingir esse ponto, finaliza-se o acionamento.
Figura 33 Cadeira postural na posição vertical
Essa situação configura a situação com maior esforço no tubo superior. No entanto, o ensaio, previamente realizado, garante o correto funcionamento da cadeira para cargas de até 90 kg. Apesar de o ensaio ter sido conduzido até 90 kg, a cadeira postural foi projetada para crianças com até 25 kg.
4.6 Custo da Cadeira Postural
Uma das principais motivações relacionadas ao desenvolvimento da cadeira postural foi obter um produto com características mecânicas, e funcionalidade similares aos produtos oferecidos no mercado, porém com um custo reduzido. Para tanto, a concepção do projeto priorizou o uso do PVC e de componentes facilmente encontrados no mercado, bem como não necessitar de mão de obra especializada ou equipamentos específicos. Com isso, reduziu-se consideravelmente o custo do produto.
Na Tabela 9 estão apresentados os valores dos materiais utilizados, assim como o preço final do andador.
Tabela 9 - Custos da cadeira postural Custo Cadeira Postural
Descrição Preço [R$] Representação
Percentual [%] Estrutura Tubular em PVC 180,91 33,8 Base em MDF 20,66 3,8 Encosto em MDF 10,17 1,9 Suporte de Tronco em PVC 44,03 8,3 Apoio de Braços 26,33 4,9
EVA para o Suporte de Tronco 13,34 2,5
Assento em MDF 4,85 0,9
Assento Estofado, e com Velcro 22,36 4,1
Apoio de Pernas 6,26 1,2
Apoio de Pés 3,44 0,6
Apoio de Pernas Estofado, e com Velcro 15,72 2,9
Mão Francesa 11,00 2,0
Dobradiça 14,00 2,6
Trava para Parte Móvel 13,74 2,6
Parafusos 39,90 7,4
Rebites 18,00 3,3
Link para o Macaco 7,42 1,4
Rodízio Fixo 11,10 2,1
Macaco Mecânico Tipo Sanfona 72,98 13,7
TOTAL R$ 536,21 100 %
De acordo com o exposto acima, a cadeira postural apresentou um custo total de R$ 536,21. Além disso, a estrutura tubular em PVC corresponde ao maior custo do projeto, representando 33,8% do valor total da cadeira, seguido pela montagem do encosto com 17,6% e pelo mecanismo de acionamento com 13,7% do total do produto.
Os custos de fabricação não foram calculados, uma vez que, toda a cadeira foi confeccionada pelo autor. No entanto, estimasse que o tempo necessário para a fabricação é de aproximadamente 40 horas, desde que todos os materiais e ferramentas sejam previamente adquiridos.
Comparativamente aos produtos comerciais semelhantes, a cadeira postural é 96,32% mais barata que a cadeira ortostática, aproximadamente 81% mais acessível que a cadeira postural e 74% mais econômica que a prancha ortostática. Assim, essa redução no custo do produto faz com que a tecnologia se torne disponível a usuários com um poder aquisitivo menor.
4.7 Manual de Fabricação da Cadeira Postural
Com o intuito de possibilitar a reprodução da cadeira postural, elaborou-se um manual de fabricação. Esse pode ser encontrado no apêndice A e B.
Apesar do manual de fabricação ser um guia para o usuário, o mesmo pode adequar o projeto quanto à empregabilidade de novos materiais ou segundo as dimensões ou necessidade da criança.
4.8 Manual de Operação da Cadeira Postural
Em ordem para garantir o correto uso do equipamento, bem como evitar acidentes à criança ou aos cuidadores, elaborou-se um manual de instrução relativo à operação da cadeira postural.
Dentre os tópicos abordados no manual destacam-se os seguintes temas: Apresentação do equipamento com informações iniciais;
Descrição dos componentes da cadeira postural; Descrição do procedimento de utilização;
Descrição das ações de manutenção, bem como do intervalo das mesmas.
Com o intuito de facilitar a compreensão do manual, as explicações estão acompanhadas com as fotos do dispositivo. O manual pode ser encontrado no Apêndice C.
5
O presente trabalhou validou uma proposta de uma cadeira postural de custo reduzido para crianças com paralisia cerebral. Essa cadeira postural desenvolvida inicialmente por Cabeda e Tonel (2015) e agora reprojetada, provou-se, através de ensaios mecânicos, que é capaz de auxiliar na transição entre as posições sentada e ortostática, bem como promover uma adequação postural, prevenção de deformidades, fortalecimento muscular e melhora na autoestima.
Tendo em vista os objetivos do projeto, a cadeira postural foi confeccionada exclusivamente com componentes comerciais e de fácil aquisição, sem a necessidade de ferramentas especiais. Além disso, atendeu às melhorias de projeto especificadas pela fisioterapeuta e pela terapeuta ocupacional, tais como: permitir que o paciente fique totalmente em pé, oferecer fixações nos joelhos, um suporte de tronco mais largo, apoio de braços que acompanhe a movimentação do encosto e um manual de fabricação e operação do equipamento.
O dimensionamento da cadeira postural impede a utilização da mesma em domicílios com portas de 60 cm, sendo uma das sugestões para reprojetos. No entanto, é importante salientar que os ambientes também devem adaptar-se em busca da acessibilidade.
Os ensaios mecânicos realizados permitiram concluir que o PVC é um material seguro para a confecção de equipamentos de tecnologia assistiva, uma vez que apresenta adequadas propriedades mecânicas. Os resultados conduzidos na estrutura tubular da cadeira mostram que o equipamento projetado para crianças de até 25 kg, suportou cargas 3,6 vezes maiores do que as aplicadas em condições de uso sem se romper ou impedir a transição entre as posições.
Devido ao fato do macaco estar posicionado sobre a base do equipamento, a posição de acionamento do mesmo fica prejudicada, uma vez que, o cuidador necessita ficar abaixado para manusear o dispositivo de acionamento. Devido a isso, sugere-se que o posicionamento do mecanismo seja alterado.
A fim de mensurar a eficácia do equipamento na prática, sugere-se que o dispositivo passe por um período de avaliação clínica. Para que, caso necessário, novas melhorias possam ser implementadas.
