Mesure de la vibration transmise à la main du système de bras de main humain pendant le fonctionnement d’un tracteur à main

L’objectif global de cette expérience est d’étudier la réponse biodynamique et la transmissibilité vibratoire du système main-bras pendant le fonctionnement du tracteur à main. Cette étude fournit un protocole pour la mesure des vibrations transmises à la main du système tracteur-bras en tenant compte des changements dans la force de préhension et la fréquence des vibrations. Cette méthode sera utile pour comprendre les caractéristiques de transmission des vibrations du système main-bras.

Commencez, placez le tracteur à main dans un site d’essai avec une surface de sol sèche, ferme et plane. Retirez les matériaux élastomères des poignées. Après avoir obtenu le consentement éclairé de tous les sujets, mesurez les dimensions du corps de chaque sujet, y compris la hauteur debout, la masse, la longueur de l’avant-bras, la longueur du bras supérieur et la longueur de la main.

Enveloppez les adaptateurs d’accéléromètre étroitement sur la main et le bras de chaque sujet. Chaque adaptateur était fabriqué à l’aide d’une sangle en nylon et d’un morceau de tôle de fer galvanisé pour fournir une fixation rigide et légère. Les adaptateurs d’accéléromètre ont été enveloppés aux endroits de l’arrière de la main, de l’extrémité distale de l’avant-bras, de l’extrémité proximale de l’avant-bras, de l’extrémité distale du bras supérieur, de l’extrémité proximale du bras supérieur et de l’acromion.

Avant de lancer une mesure, rassemblez tous les composants du système de mesure, y compris les accéléromètres, le système d’acquisition de données, le système de détection de pression à couche mince, le tachymètre, le goniomètre numérique, les adaptateurs d’accéléromètre et d’autres composants pertinents. Pour configurer le système de mesure de l’accélération, tout d’abord, à l’aide des câbles de l’accéléromètre, connectez les accéléromètres à la carte d’acquisition de données. à l’aide d’un câble Ethernet, connectez le châssis à l’ordinateur.

Ensuite, fixez un accéléromètre triaxial sur la poignée gauche ou le tracteur à main, et fixez l’autre sur l’adaptateur d’accéléromètre de la main gauche du sujet. Fixez les accéléromètres à axe unique un par un, sur les adaptateurs d’accéléromètre du bras et de l’épaule du sujet. Ajustez les orientations des accéléromètres triaxiaux pour qu’elles soient cohérentes avec le système de coordonnées spécifié.

Enfin, à l’aide de ruban adhésif, fixez les câbles de l’accéléromètre sur la surface de la peau du bras du sujet et du guidon du tracteur. Pour configurer le système de mesure de la force d’adhérence, tout d’abord, à l’aide de ruban adhésif double face, fixez deux capteurs à couche mince sur la poignée gauche du tracteur à main. Ensuite, placez le système d’écran à une hauteur pratique.

Afin que le sujet puisse surveiller et ajuster la force d’adhérence au niveau spécifié pendant le fonctionnement du tracteur à main. Après cela, demandez au sujet de maintenir et de soulever la poignée à une position horizontale. Mesurez la posture de la main et du bras du sujet à l’aide d’un goniomètre numérique, y compris l’abduction horizontale de l’épaule, l’abduction verticale de l’épaule, l’extension du coude, l’extension du poignet et la déviation du poignet.

Demandez au sujet de maintenir la posture jusqu’à la fin de l’essai. Démarrez le tracteur à main au point mort et continuez à fonctionner à un faible régime moteur jusqu’à ce qu’il soit stabilisé. Allumez le tachymètre, le dispositif de détection de pression à couche mince, l’ordinateur portable et le système d’acquisition de données d’accélération.

Définissez les paramètres d’accélération, de mode d’acquisition et de taux d’échantillonnage pour la collecte de données. Cliquez sur Exécuter et attendez une dizaine de secondes jusqu’à ce que le système soit stabilisé, puis cliquez sur Enregistrer pour commencer à enregistrer les données d’accélération. Pendant l’essai, demandez au sujet de surveiller le tachymètre et de régler le régime du moteur à 1 500 tours par minute jusqu’à ce qu’il soit stabilisé.

Ensuite, demandez au sujet d’ajuster soigneusement la force de préhension à 20 Newtons et de maintenir ce niveau de force de préhension pendant environ 30 secondes. Ensuite, ajustez la force de préhension à 30 Newtons et gardez environ 30 secondes. Et puis, ajustez la force de préhension à 40 Newtons et gardez environ 30 secondes.

Après cela, réglez le régime du moteur à 2 500 tours par minute et répétez la procédure ci-dessus de réglage de la force d’adhérence. Enfin, réglez le régime du moteur à 3 500 tours par minute et répétez les procédures ci-dessus de réglage de la force d’adhérence. À la fin de l’essai, demandez au sujet de poser la poignée et d’arrêter le moteur du tracteur à main.

Enregistrez les données d’accélération des vibrations, retirez et placez les accéléromètres sur le sujet suivant. Répétez les étapes ci-dessus jusqu’à la fin des collectes de données de tous les sujets. Et exportez les données de la série chronologique d’accélération pour une analyse plus approfondie.

Ces graphiques affichent des exemples d’accélérations du domaine temporel et du domaine fréquentiel sur la poignée pendant une demi-seconde. L’accélération maximale des directions X et Z s’est produite à la fréquence de 58 Hertz. La majeure partie de l’énergie vibratoire s’est avérée centralisée dans la gamme de fréquences de 50 à 200 hertz.

La relation moyenne entre la force d’adhérence et l’accélération carrée racine-moyenne du système main-bras a été obtenue. Il a été observé que l’augmentation de la force d’adhérence augmentait l’accélération des vibrations notamment à des fréquences comprises entre 20 et 100 Hertz. Et les trois fréquences de résonance se sont avérées augmenter presque linéairement avec l’augmentation de la force de préhension.

Entre-temps, on a obtenu la relation entre le régime moteur et l’accélération quadratique moyenne. Comme le montrent les graphiques, les basses fréquences ont été transmises relativement peu désirées. Alors que l’atténuation était assez marquée pour les fréquences plus élevées.

Ainsi, il est raisonnable de conclure que la majeure partie de l’énergie vibratoire a été dissipée dans la main et l’avant-bras. Cette figure présente la transmissibilité moyenncée à différents endroits du système main-bras. Il a été constaté que la transmissibilité du système main-bras diminuait avec l’augmentation de la distance par rapport à la source de vibration.

La transmissibilité la plus élevée a été observée à l’arrière de la main. La fréquence de résonance de la transmissibilité du poignet et du coude était d’environ 20 hertz. Il a également été constaté que seules des vibrations inférieures à 25 Hertz étaient effectivement transmises à l’avant-bras, au haut du bras et à l’épaule.

Cette méthode a été établie sur la base d’étalons de vibrations transmises à la main et a été développée comme protocole standard pour la mesure des vibrations transmises à la main du système main-bras humain pendant le fonctionnement d’un tracteur à main à l’arrêt. Le poids total de l’accéléromètre et de l’adaptateur doit être aussi léger que possible pour réduire les erreurs de mesure. L’essai de chaque sujet doit être terminé sans interruption afin de réduire l’effet de la posture de fonctionnement.

Les principales applications potentielles de la méthodologie proposée sont l’estimation des phénomènes d’interaction homme-tracteur, le développement ergonomique des tracteurs à main et le développement de dispositifs de protection tels que des isolateurs et des gants.