Campo técnico

La presente invención se relaciona con un sistema protector del tren superior del cuerpo humano, diseñado para su uso en contextos de manipulación y transporte de cargas pesadas en el sector industrial y eléctrico. Concretamente, la invención se refiere a chalecos de uso unipersonal, compactos, livianos que protegen al usuario y mejoran su calidad de vida a corto y a largo plazo; previniendo las lesiones músculo esqueléticas y/o los accidentes, estimulando partes del cuerpo más fuertes para reducir la presión inadecuada en las vértebras, articulaciones y ligamentos musculares; y que permiten el transporte de cargas pesadas sobre el tren superior. Descripción del estado del arte

Se encontraron 32 patentes relacionadas de las cuales 30 protegen los hombros, 21 protegen el trapecio y 23 protegen la espalda en actividades de soporte de cargas y deportes extremos, con lo cual se puede concluir que es necesario la protección de los tres sectores corporales para garantizar una verdadera defensa del tren superior.

El mayor desarrollo de tecnologías se presenta después del año 2000, con 16 patentes en este período, de las cuales 9 presentan la combinación de tela, espuma y polímero, en una configuración de chaleco. Los datos anteriores evidencian que es tan importante amortiguar las cargas con la utilización de espumas como la distribución de éstas utilizando un polímero exterior tipo coraza.

Adicionalmente se analizaron 12 sistemas y 2 patentes con características similares a las del chaleco protector, determinando las necesidades, las ventajas y desventajas de cada uno. Cada sistema está enfocado hacia usuarios y requerimientos diferentes, siendo el caso del Ergonomíc Load Bearing Systems, que es un sistema de cargaderas y cinturón, usado por los policías para cargar y almacenar los elementos de seguridad; o Archangel Armor, Individual body support system, Light Weight Battle Rig M.O.L.LE, aplicados al contexto militar.

El documento US4168793 enseña unos soportes rígidos para la espalda. Los marcos rígidos se unen mediante un resorte a una estructura que se usa para cargar, preferiblemente, a una persona que requiere auxilio. Esta invención, sin embargo, presenta una conexión en la parte trasera del marco, por lo que se requiere la ayuda dé una persona adicional para unir y separar la estructura de carga del marco, o que cada persona retire el marco de su espalda para cargar o descargar la estructura.

Por su parte, el documento WO201 1 109453 enseña un sistema de distribución de cargas para un chaleco protector. Debido a que las cargas soportadas en este caso están distribuidas en el tronco del usuario, no existe la necesidad de aislar a éste de los movimientos abruptos u oscilaciones que se puedan presentar en la carga.

El chaleco "ESV-20 - Weight Distribution Vest" ¹ de eemov ® proporciona un sistema de distribución de cargas que permite acoplar un brazo estabilizador para una cámara. Aunque este chaleco es un sistema de distribución de cargas para una carga puntual, no enseña un sistema efectivo para aislar los movimientos abruptos u oscilaciones en la carga, de hecho, el brazo estabilizador se vale de la estabilidad de la cadera del usuario para evitar vibraciones u movimientos indeseados, es decir, la cadera del usuario y la carga se encuentran conectadas de forma solidaria mecánicamente.

Por otro lado, los documentos CN201337079, US6619523 y CN202445405 enseñan formas de amortiguar el movimiento vertical de una carga mediante resortes helicoidales que separan un sistema de cargaderas, que se aferran al usuario, de un maletín en el que se transporta una carga. En el caso de estos tres documentos, se requiere que la carga debe ser soportada por un elemento (maletín) acoplado mecánicamente al sistema de aislamiento de cargas, y por lo tanto al usuario. Debido a lo anterior, estos sistemas no permiten transportar

¹ Recuperado el 20 de Diciembre de 2013 de:

http : //www. ozirig . com . au/eemov-esv-20-weight-distribution-vest cargas entre dos o más personas, y requieren que el usuario se retire el sistema entero para cargar o descargar el objeto transportado.

Así, existe en el estado de la técnica la necesidad de un sistema que permita optimizar el transporte de cargas apoyadas en los hombros de uno o más personas, el cual permita aislar los movimientos abruptos o vibraciones en el objeto transportado, sin añadir complejidad a la manipulación del objeto. Esta necesidad se evidencia por ejemplo en el caso del arrime de postes. En el proceso de arrime de postes, por ejemplo, la necesidad de distribuir la carga y generar mayor protección al usuario persiste, independientemente de las dimensiones o el material del poste. Sin importar el peso de una carga, si se trata de una actividad repetitiva, que involucra muchas partes del cuerpo (tronco superior y piernas) y se efectúa bajo condiciones no ideales por las limitaciones del terreno, dicha actividad puede ser igual o más perjudicial que manipular una carga más pesada en condiciones ideales. Por esta razón, resulta indispensable generar un sistema de distribución de cargas que proteja la salud del usuario sin afectar la versatilidad o velocidad de operación del mismo.

Objeto de la invención

La presente invención es una solución unipersonal de transporte de cargas pesadas sobre el tren superior, a través de un sistema protector corporal versátil, asequible y liviano. En especial se hace referencia al transporte de cargas pesadas apoyadas sobre el hombro de una persona, y más especialmente a cargas pesadas que varias personas apoyan sobre sus hombros.

Específicamente, la invención se relaciona con el sistema de amortiguación y distribución de cargas presentes en el mencionado sistema, que en conjunto con una adecuada interacción del usuario permite soportar una mayor carga sin comprometer el cuerpo, estabilizando su postura, lo cual minimiza las lesiones a corto y a largo plazo. Puntualmente, la invención se enfoca en un chaleco protector compacto unipersonal, el cual garantiza la estabilidad del usuario para transportar cargas inferiores a 100 kg. Breve descripción del invento

La presente invención consiste de un chaleco formado por un soporte principal que se extiende desde la parte superior de los hombros hasta la zona lumbar del usuario y que se conecta a un soporte lumbar que rodea parte de la cintura del usuario formando un ensamble rígido, un elemento de ajuste horizontal que se une de forma rígida al soporte lumbar en ambos costados y un elemento de ajuste vertical que se une de forma rígida a la parte anterior del soporte principal y de forma rígida al elemento de ajuste horizontal, para asegurar el chaleco al usuario; y de un operador de suspensión principal que se une de forma rígida a la parte anterior del soporte principal y operacionalmente de forma deslizable a la parte posterior del soporte principal.

El chaleco forma una estructura que traslada las cargas aplicadas sobre los hombros hacia la zona lumbar, las caderas y la cintura, Obteniendo así una distribución más ergonómica de las cargas. El operador de suspensión principal amortigua el efecto de la carga, evitando impactos o fuerzas excesivas debidas al movimiento abrupto de la carga.

El chaleco de la presente invención forma un sistema de distribución de carga y protección corporal que permite el transporte de cargas pesadas, mejorando la calidad de la labor y disminuyendo las lesiones músculo-esqueléticas del usuario a corto y a largo plazo; transfiriendo las cargas localizadas en el tren superior hasta partes del cuerpo más fuertes como la zona lumbar, las caderas y la cintura; acondicionando la espalda de forma correcta para maniobrar apropiadamente las cargas, bajo un entorno cómodo y ajustable. Toda carga de más de 3 kg puede generar una lesión músculo-esquelética si se realiza en condiciones desfavorables: manipulación frecuente, si las características de la carga obliga a llevarla alejada del cuerpo, si exige giros o inclinaciones con posturas inadecuadas, o si existen otros factores como la humedad, temperatura o ruido (Norma ISO 1 1228). El chaleco puede ser utilizado en zonas urbanas, sectores industriales o de construcción donde requieran transportar cargas pesadas sobre el tren superior del cuerpo.

El chaleco protege el cuerpo del operario distribuyendo las cargas de los hombros y/o trapecio a la zona lumbar de la columna vertebral hasta la cadera y la cintura; mejorando la resistencia y el confort del operario a la hora de transportar cargas pesadas (Figura 3 y 4). Al ubicar la columna en una postura adecuada, se evita la inclinación y torsión de la columna durante el transporte. Resulta especialmente ventajoso de la presente invención que las cargas, al ser apoyadas encima del hombro, pueden ser transportadas de la misma forma como se hace tradicionalmente, sin requerir acoples, operaciones o precauciones adicionales. Esto es de gran importancia, ya que no se requiere un entrenamiento adicional ni la modificación de las operaciones realizadas tradicionalmente por operarios. También se debe resaltar que la versatilidad y simplicidad de uno o varios operarios, que son las principales razones para realizar el transporte de cargas pesadas manualmente, nó se ven reducidas por el uso de la presente invención. Al utilizarse en contextos rurales de difícil acceso, y en terrenos irregulares, en donde se requiere transportar cargas pesadas sobre el tren superior del cuerpo, la presente invención contribuye a la disminución de las lesiones debidas a cargas excesivas o a posiciones incorrectas, y del riesgo de accidentalidad para los operarios.

Descripción de las figuras

Figura 1. Vistas frontal, lateral y trasera del sistema protector corporal.

Figura 2. Explosión isométrica.

Figura 3. Vista trasera del sistema protector, con el usuario incluido para identificar su interacción y relación dimensional.

Figura 4. Visita frontal del sistema protector, incluyendo al usuario.

Figura 5. Ajuste del sistema telescópico.

Figura 6. Sistema de amortiguación de resorte y ballestas.

Figura 7. Demostración del movimiento lineal en de la ballesta. Figura 8. Demostración de la forma de ajuste de las correas de nylon.

Descripción detallada de la invención

La presente invención divulga un chaleco protector que permite el transporte de cargas pesadas sobre el tren superior del cuerpo humano y que cuenta con una estructura rígida que se extiende desde la parte superior de los hombros hasta la zona lumbar del usuario aportando una solidez estructural de posicionamiento, un operador de suspensión principal sobre los hombros que permite la distribución de las cargas localizadas en el tren superior hacia partes del cuerpo más fuertes como la zona lumbar, las caderas y la cintura, y elementos de ajuste vertical y horizontal que permiten ajusfar el chaleco al usuario. Haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, se observa una modalidad preferida del presente invento, en la cual se distinguen sus componentes ensamblados entre sí de la siguiente manera: un soporte principal (1) que se extiende desde la parte superior de los hombros hasta la zona lumbar del usuario y que se conecta a un soporte lumbar (2) que rodea parte de la cintura del usuario unido operacionalmente de forma deslizable a través de un soporte central (3) para ajustarse a las medidas del usuario, un elemento de ajuste horizontal (14) que se une de forma rígida al soporte lumbar (2) en ambos costados y un elemento de ajuste vertical (13) que se une de forma rígida a la parte anterior del soporte principal (1) y de forma rígida al elemento de ajuste horizontal (14) para asegurar el chaleco al usuario; y de un operador de suspensión principal (5) que se une de forma rígida a la parte anterior del soporte principal (1) y operacionalmente de forma deslizable a la parte posterior del soporte principal (2). De acuerdo a las condiciones estructurales antes descritas, las cargas aplicadas sobre los hombros se distribuyen hacia la zona lumbar, las caderas y la cintura, obteniendo así una distribución más ergonómica de las cargas. El operador de suspensión principal (5) amortigua el efecto de la carga, evitando impactos o fuerzas excesivas debidas al movimiento abrupto de la carga. Haciendo referencia a las Figuras 3 y 4 se observa como el soporte lumbar (2) tiene dos salientes laterales con un doblez hasta de 65 cm de radio, que envuelven la cintura del usuario. El extremo distal de cada saliente del soporte lumbar (2) tiene un corte lateral inclinado hasta de 30 grados con respecto a la horizontal que siguen la forma de la cintura para mejorar su ajuste y confort. Al soporte lumbar (2) se unen de forma rígida a un recubrimiento amortiguador lumbar (16) y a un recubrimiento amortiguador lateral (17) respectivamente. El recubrimiento amortiguador lateral (17) tiene un espesor variable a lo largo de la curva con valores hasta de 50 mm. El recubrimiento amortiguador lateral (17) se interponencon los elementos de ajuste horizontal (14) para ajustar el chaleco según el tamaño del usuario. En la configuración preferida del invento los elementos de ajuste horizontal (14) son correas de nylon.

El recubrimiento amortiguador lumbar (16) y el recubrimiento amortiguador lateral (17), poseen un acolchado termoestable que aisla el cuerpo del contacto directo de la carga en las zonas comprometidas en la manipulación y mejora la comodidad durante su uso.

El soporte principal (1 ) se extiende desde la parte superior de los hombros hasta la zona lumbar del usuario. En la parte superior delantera, el soporte principal (1) tiene un radio hasta de 12 cm, para acoplarse a la curvatura generada entre el trapecio y los hombros. Dicho soporte (1) posee una ranura vertical en todo el centro que sirve como guía para unirse a la soporte central (3) y al soporte lumbar (2) por medio de un elemento de ajuste (4). En la parte interna de la curvatura entre los hombros y la parte en contacto con la espalda, se une un recubrimiento amortiguador dorsal (12).

En la modalidad preferida de la invensión, el soporte central (3) permite el desplazamiento vertical del soporte principal (1 ) y el soporte lumbar (2), adaptando la distancia a las medidas del usuario, por medio de un sistema teléscopico que comprende un elemento de ajuste (4) y un sistema de guia longitudinal (8), que encajan con el soporte principal (1 ). En su parte inferior, el soporte central (3) posee un doblez hasta de 8 grados para comunicar el agarre y el movimiento ascendente y descendente del soporte lumbar relativo a la zona de los hombros, de acuerdo a las dimensiones del usuario.

En la modalidad preferida de la invesnión el sistema antes descrito puede ser ajustado a las medidas específicas del usuario para optimizar la distribución de cargas: la distancia entre el soporte principal (1) y el soporte lumbar (2) puede ser ajustada levantando la pestaña inferior del soporte central (3) y deslizando la estructura hacia arriba o hacia abajo con el fin de incrementar el acople y adaptación en los usuarios.

Adicionalmente se ilustra un sistema de amortiguación de la carga puntual en el hombro y el trapecio, por medio de un operador de suspensión secundario (6), en la modalidad preferida de la invensión conformado como un resorte helicoidal que se ubica en la parte superior del soporte principal (1 ), directamente encima de los hombros del usuario. El operador de suspensión secundario se empotra en el eje X sobre un soporte de suspensión (7).

El sistema de amortiguación comprende además un operador de suspensión principal (5) en forma de arco, que se extiende desde la parte superior frontal del soporte principal (1 ) hasta la parte inferior trasera del mismo soporte (1 ). El operador de suspensión principal se une operaciónalmente de forma rígida a un soporte delantero (9), se apoya en la parte superior del operador de suspensión secundario (6), pasa a través de una guía trasera (1 1 ), y se une operaciónalmente de forma deslizante a un soporte trasero (10). Este operador de suspensión principal (5) le proporciona al operador de suspensión secundario (6) una mayor estabilidad en compresión, proporciona una superficie estable para soportar la carga, y transfiere el esfuerzo puntual hasta las partes más fuertes del cuerpo como el trapecio y la zona lumbar, disminuyendo así la reacción ejercida por el peso de la carga sobre los hombros del usuario.

La presente invención comprende un colchado en forma de sánduche (12, 16, 17) con espuma de densidad 26 y 55 kg/m3, que amortigua la carga y protege el cuerpo del operario y lo aisla de los elementos rígidos (1 , 2, 3, 4) que componen la estructura principal del producto. Está forrado con una tela resistente a la intemperie y a la humedad.

El chaleco comprende además un sistema de correas (13, 14, 15), preferiblemente de nylon, ajustables a las medidas específicas del usuario. En una modalidad de la invención, este sistema comprende un elemento de ajuste horizontal (14) que se extiende alrededor del soporte lumbar (2) y un recubrimiento elástico lateral (17) y se unen operacionalmente de forma ajustable alrededor de la cintura del usuario, dos elementos de ajuste vertical (13) que se unen operacionalmente de forma rígida entre la parte frontal del soporte principal (1 ) y el elemento dé ajuste horizontal (14), y un elemento de ajuste transversal (15) que unen los dos elemetos de ajuste vertical (13) a la altura del pecho del usuario. En una modalidad alternativa, el elementos de ajuste horizontal (14) se une a cada uno de los extremos de recubrimiento elástico lateral (17), ajusfando la distancia entre dichos extremos. Opcionalmente, los elementos de ajuste vertical (13) pueden unirse directamente a los extremos del recubrimiento elástico lateral (1 )

El diseño cuenta con un sistema telescópico, que permite un movimiento lineal del sistema de guía longitudinal (8) hasta 15 cm de largo para ajusfar la altura más adecuada del usuario según los percentiles de la población. El sistema telecópico se mueve, al ejercer una fuerza longitudinal en el eje x sobre un doblez que posee el soporte central hasta de 8 grados grados, desencajándose sistema de guia longitudinal (8), permitiendo el movimiento longitudinal en el eje Y del soporte principal (1 ) el soporte lumbar (2) y el soporte central (3). Cuando el soporte lumbar (2) concuerde con la altura de cintura del usuario, se debe dejar de manipular el doblez del soporte central (3) y ajustar el sistema de guia longitudinal (8), como forma de trinquete, una vez se estabilice la forma del sistema de guia longitudinal (8), con el soporte trasero (3)·, se ajusta con el elemento de ajuste (4).

En una modalidad preferida de la invención, el soporte lumbar (2) está fabricado de acero AISI/SAE 1080, el soporte central (3) de acero AISI/SAE 1080, el soporte principal de acero AISI/SAE 1020, operador de suspensión secundario de acero AISI/SAE 1070 y el operador de suspensión primario de acero AISI/SAE 1080.

Ejemplos, prototipos y experimentación

Este es un ensayo cualitativo en donde se comparó el transporte unipersonal de una carga usando el chaleco protector frente a la misma actividad sin usar el chaleco protector. Para esto, se asignó una carga de 22,68 kg (50 Ib), la cual debía ser transportada 20 m en un terreno plano. La prueba fue realizada por 8 personas con contextura física similar, los cuales transportaron la carga sobre los hombros (trapecio).

En este ensayo se midieron las siguientes variables: tiempo empleado en transportar la carga, reacciones postulares, reacciones expresivas, indicadores audiovisuales, frecuencia de la respiración y frecuencia cardiaca.

Los resultados fueron medidos de acuerdo con dos parámetros: la penosidad de la tarea y la magnitud de la carga física.

En la penosidad de la tarea se cuantificó la postura por medio de una escala entre 1 y 5 (1 siendo una mala postura y 5 una muy buena postura) y la expresión del rostro por medio de la escala análoga visual entre 0 y 10 (0 una expresión cómoda y de seguridad y 10 una expresión de dolor extremo). También se identificaron las manifestaciones verbales (cómoda, incómoda o dolor), y la respiración forzada (alta, media o baja).

En la magnitud de la carga física se estimaron los aspectos fisiológicos directos relacionados con el consumo de oxígeno de acuerdo con la norma ISO 8996: 1990 para calcular el consumo energético debido a la actividad de transportar la carga.

Se tomaron los promedios de las variables de interés, y resultados finales fueron los siguientes: Sin Con chaleco chaleco

Velocidad [km/h] 3,86 4,82

Buena postura 30% 75%

Expresión facial de dolor leve 40% 75%

Expresión verbal de

comodidad 30% 62,5%

Consumo metabolico (W/m2) 230 174,7

Latidos por minuto 99,125 112,875

Tabla 4