Medición de la vibración transmitida por la mano del sistema de brazo de mano humana durante el funcionamiento de un tractor de mano

El objetivo general de este experimento es investigar la respuesta biodinámica y la transmisibilidad de las vibraciones del sistema mano-brazo durante la operación del tractor de mano. Este estudio proporciona un protocolo para la medición de vibraciones transmitidas por la mano del sistema tractor-mano-brazo con la consideración de los cambios en la fuerza de agarre y la frecuencia de vibración. Este método será útil para la comprensión de las características de transmisión de vibraciones del sistema mano-brazo.

Comience, coloque el tractor de mano en un sitio de prueba con superficie seca, firme y nivelada. Retire los materiales elastoméricos de las asas. Después de obtener el consentimiento informado de todos los sujetos, mida las dimensiones corporales de cada sujeto, incluyendo la altura de pie, la masa, la longitud del antebrazo, la longitud superior del brazo y la longitud de la mano.

Envuelva los adaptadores del acelerómetro firmemente en la mano y el brazo de cada sujeto. Cada adaptador era un fabricado utilizando una correa de nylon y un pedazo de lámina de hierro galvanizado para proporcionar un accesorio rígido y ligero. Los adaptadores del acelerómetro fueron envueltos en las localizaciones de la parte posterior de la mano, del extremo distal del antebrazo, del extremo próximo del antebrazo, del extremo distal del brazo superior, del extremo próximo del brazo superior y del acromion.

Antes de iniciar una medición, reúna todos los componentes del sistema de medición, incluidos acelerómetros, sistema de adquisición de datos, sistema de detección de presión de película delgada, tacómetro, goniómetro digital, adaptadores de acelerómetro y otros componentes relevantes. Para configurar el sistema de medición de aceleración, primero, utilizando los cables del acelerómetro, conecte los acelerómetros con la tarjeta de adquisición de datos. con un cable Ethernet, conecte el chasis con el ordenador.

Luego, coloque un acelerómetro triaxial en el mango izquierdo o en el tractor de mano, y conecte el otro en el adaptador del acelerómetro de la mano izquierda del sujeto. Coloque acelerómetros de un solo eje uno por uno, en los adaptadores del acelerómetro del brazo y el hombro del sujeto. Ajuste las orientaciones de los acelerómetros triaxiales para que sean coherentes con el sistema de coordenadas especificado.

Finalmente, usando cinta adhesiva, asegure los cables del acelerómetro en la superficie de la piel del brazo del sujeto y el manillar del tractor. Para configurar el sistema de medición de la fuerza de agarre, primero, utilizando cinta adhesiva de doble cara, conecte dos sensores de película delgada en el mango izquierdo del tractor de mano. Luego, coloque el sistema de pantalla a una altura conveniente.

Para que el sujeto pudiera monitorear y ajustar la fuerza de agarre al nivel especificado durante la operación del tractor de mano. Después de eso, instruya al sujeto para que sostenga y eleve el mango a una posición horizontal. Mida la postura de la mano y el brazo del sujeto usando un goniómetro digital, incluyendo la abducción horizontal del hombro, la abducción vertical del hombro, la extensión del codo, la extensión de la muñeca y la desviación de la muñeca.

Pídale al sujeto que mantenga la postura hasta el final del juicio. Arranque el tractor de mano en punto muerto y siga funcionando a baja velocidad del motor hasta que se estabilice. Encienda el tacómetro, el dispositivo de detección de presión de película delgada, la computadora portátil y el sistema de adquisición de datos de aceleración.

Establezca los parámetros de aceleración, modo de adquisición y frecuencia de muestreo para la recopilación de datos. Haga clic en Ejecutar y espere unos diez segundos hasta que el sistema se estabilice y, a continuación, haga clic en Grabar para comenzar a grabar los datos de aceleración. Durante la prueba, pida al sujeto que monitoree el tacómetro y ajuste la velocidad del motor a 1, 500 revoluciones por minuto hasta que se estabilice.

Luego, instruya al sujeto a ajustar la fuerza de agarre cuidadosamente a 20 Newtons, y mantenga este nivel de fuerza de agarre durante aproximadamente 30 segundos. A continuación, ajuste la fuerza de agarre a 30 Newtons y mantenga unos 30 segundos. Y luego, ajuste la fuerza de agarre a 40 Newtons y mantenga unos 30 segundos.

Después de eso, ajuste la velocidad del motor a 2, 500 revoluciones por minuto y repita el procedimiento anterior de ajuste de la fuerza de agarre. Por último, ajuste la velocidad del motor a 3, 500 revoluciones por minuto y repita los procedimientos anteriores de ajuste de la fuerza de agarre. Al final del ensayo, instruya al sujeto a dejar el mango y apagar el motor del tractor de mano.

Guarde los datos de aceleración de vibración, retire y coloque los acelerómetros en el siguiente sujeto. Repita los pasos anteriores hasta el final de las recopilaciones de datos de todos los sujetos. Y exporte los datos de series temporales de aceleración para su posterior análisis.

Estas gráficas muestran muestras del dominio del tiempo y las aceleraciones del dominio de la frecuencia en el mango durante medio segundo de duración de tiempo. La aceleración máxima de las direcciones X y Z se produjo a la frecuencia de 58 Hertz. Se encontró que la mayor parte de la energía de vibración estaba centralizada en el rango de frecuencias de 50 a 200 hercios.

Se obtuvo la relación media entre la fuerza de agarre y la aceleración cuadrático raíz-media del sistema mano-brazo. Se observó que el aumento de la fuerza de agarre aumentaba notablemente la aceleración de la vibración a frecuencias entre 20 y 100 Hertz. Y se encontró que las tres frecuencias de resonancia aumentaban casi linealmente con el aumento de la fuerza de agarre.

Mientras tanto, se obtuvo la relación entre la velocidad del motor y la aceleración de la raíz-media-cuadrada. Como se muestra en las gráficas, las frecuencias más bajas se transmitieron relativamente sin atención. Mientras que, la atenuación era bastante marcada para frecuencias más altas.

Por lo tanto, es razonable concluir que, la mayor parte de la energía vibracional se disipó en la mano y el antebrazo. Esta figura presenta la transmisibilidad promediada en diferentes ubicaciones del sistema mano-brazo. Se encontró que la transmisibilidad del sistema mano-brazo disminuyó con el aumento de la distancia desde la fuente de vibración.

La mayor transmisibilidad se observó en el fondo de la mano. La frecuencia resonante de la transmisibilidad de la muñeca y del codo era alrededor de 20 hercios. También se encontró que sólo las vibraciones de menos de 25 Hertz se transmitieron efectivamente al antebrazo, la parte superior del brazo y el hombro.

Este método se estableció sobre la base de las normas de vibración transmitidas por la mano, y se desarrolló como un protocolo estándar para la medición de la vibración transmitida por la mano del sistema mano-brazo humano durante el funcionamiento de un tractor de mano en condiciones estacionarias. El peso total del acelerómetro y el adaptador debe ser lo más ligero posible para reducir los errores de medición. El ensayo de prueba de cada sujeto debe completarse sin interrupción para reducir el efecto de la postura operativa.

Las principales aplicaciones potenciales de la metodología propuesta son la estimación de los fenómenos de interacción humano-tractor, el desarrollo ergonómico de los tractores de mano y el desarrollo de dispositivos de protección como aisladores y guantes.