Misurazione della vibrazione trasmessa a mano del sistema del braccio manuale umano durante il funzionamento di un trattore a mano

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di studiare la risposta biodinamica e la trasmissibilità delle vibrazioni del sistema mano-braccio durante il funzionamento del trattore a mano. Questo studio fornisce un protocollo per la misurazione delle vibrazioni trasmesse a mano del sistema trattore-braccio mano con considerazione dei cambiamenti nella forza di presa e nella frequenza delle vibrazioni. Questo metodo sarà utile per comprendere le caratteristiche di trasmissione delle vibrazioni del sistema mano-braccio.

Iniziare, posizionare il trattore a mano in un sito di prova con superficie a secco, soda e piana. Rimuovere i materiali elastomerici delle maniglie. Dopo aver ottenuto il consenso informato di tutti i soggetti, misurare le dimensioni del corpo di ciascun soggetto, tra cui altezza in piedi, massa, lunghezze dell'avambraccio, lunghezza superiore del braccio e lunghezza della mano.

Avvolgere saldamente gli adattatori dell'accelerometro sulla mano e sul braccio di ciascun soggetto. Ogni adattatore era fabbricato utilizzando un cinturino in nylon e un pezzo di lamiera di ferro zincato per fornire un attacco rigido e leggero. Gli adattatori dell'accelerometro erano avvolti nelle posizioni della parte posteriore della mano, nell'estremità distale dell'avambraccio, nell'estremità prossimale dell'avambraccio, nell'estremità distale della parte superiore del braccio, nell'estremità prossimale del braccio superiore e nell'acromione.

Prima di iniziare una misurazione, raccogliere tutti i componenti del sistema di misurazione, inclusi accelerometri, sistema di acquisizione dati, sistema di rilevamento della pressione a film sottile, contagiri, goniometro digitale, adattatori accelerometrici e altri componenti pertinenti. Per impostare il sistema di misurazione dell'accelerazione, in primo luogo, utilizzando i cavi dell'accelerometro, collegare gli accelerometri con la scheda di acquisizione dati. utilizzando un cavo Ethernet, collegare lo chassis con il computer.

Quindi, attaccare un accelerometro triassiale sulla maniglia sinistra o sul trattore a mano e attaccare l'altro sull'adattatore dell'accelerometro della mano sinistra del soggetto. Attaccare gli accelerometri a singolo asse uno per uno, sugli adattatori dell'accelerometro del braccio e della spalla del soggetto. Regolare gli orientamenti degli accelerometri triassiali in modo che siano coerenti con il sistema di coordinate specificato.

Infine, utilizzando del nastro adesivo, fissare i cavi dell'accelerometro sulla superficie della pelle del braccio del soggetto e sul manubrio del trattore. Per impostare il sistema di misurazione della forza di presa, in primo luogo, utilizzando nastro adesivo a doppia parte, collegare due sensori a film sottile sulla maniglia sinistra del trattore a mano. Quindi, posizionare il sistema dello schermo a un'altezza comoda.

In modo che il soggetto possa monitorare e regolare la forza di presa al livello specificato durante il funzionamento del trattore a mano. Successivamente, istruisi il soggetto a tenere e sollevare la maniglia in posizione orizzontale. Misurare la postura della mano e del braccio del soggetto utilizzando un goniometro digitale, tra cui il rapimento orizzontale della spalla, il rapimento verticale della spalla, l'estensione del gomito, l'estensione del polso e la deviazione del polso.

Chiedi al soggetto di mantenere la postura fino alla fine della prova. Avviare il trattore a mano in modo neutro e continuare a funzionare a bassa velocità del motore fino a quando non viene stabilizzato. Accendere il contagiri, il dispositivo di rilevamento della pressione a film sottile, il computer portatile e il sistema di acquisizione dei dati di accelerazione.

Impostare i parametri di accelerazione, modalità di acquisizione e frequenza di campionamento per la raccolta dei dati. Fare clic su Esegui e attendere una decina di secondi fino a stabilizzare il sistema, quindi fare clic su Registra per iniziare a registrare i dati di accelerazione. Durante il test, chiedere al soggetto di monitorare il contagiri e regolare la velocità del motore a 1.500 giri al minuto fino a quando non viene stabilizzato.

Quindi, istruisci il soggetto a regolare attentamente la forza di presa a 20 Newton e mantieni questo livello di forza di presa per circa 30 secondi. Quindi, regolare la forza di presa a 30 Newton e mantenere circa 30 secondi. Quindi, regolare la forza di presa a 40 Newton e mantenere circa 30 secondi.

Successivamente, regolare il velocità del motore a 2.500 giri al minuto e ripetere la procedura di regolazione della forza di presa di cui sopra. Infine, regolare la velocità del motore a 3.500 giri al minuto e ripetere le procedure di regolazione della forza di presa di cui sopra. Al termine della prova, istruire il soggetto a mettere giù la maniglia e spegnere il motore del trattore a mano.

Salvare i dati di accelerazione delle vibrazioni, rimuovere e posizionare gli accelerometri sul soggetto successivo. Ripetere i passaggi precedenti fino alla fine delle raccolte dati di tutti i soggetti. Ed esportare i dati delle serie temporali di accelerazione per ulteriori analisi.

Questi grafici visualizzano esempi del dominio del tempo e delle accelerazioni del dominio della frequenza sull'handle per una durata di mezzo secondo. L'accelerazione massima delle direzioni X e Z avvenne alla frequenza di 58 Hertz. La maggior parte dell'energia di vibrazione è stata trovata centralizzata nella gamma di frequenza da 50 a 200 hertz.

È stata ottenuta la relazione media tra la forza di presa e l'accelerazione quadrata media della radice del sistema mano-braccio. È stato osservato che l'aumento della forza di presa ha aumentato l'accelerazione delle vibrazioni in particolare a frequenze tra 20 e 100 Hertz. E le tre frequenze di risonanza sono state trovate ad aumentare quasi linearmente con l'aumento della forza di presa.

Nel frattempo, è stata ottenuta la relazione tra la velocità del motore e l'accelerazione radice-media-quadrato. Come mostrato nei grafici, le frequenze più basse sono state trasmesse relativamente incustodite. Mentre, l'attenuazione era abbastanza marcata per frequenze più alte.

Pertanto, è ragionevole concludere che, la maggior parte dell'energia vibrazionale è stata dissipata nella mano e nell'avambraccio. Questa cifra presenta la trasmissibilità mediata in diverse posizioni del sistema mano-braccio. Si è constatato che la trasmissibilità del sistema mano-braccio è diminuita con l'aumento della distanza dalla sorgente di vibrazioni.

La massima trasmissibilità è stata osservata sul retro della mano. La frequenza risonante della trasmissibilità del polso e del gomito era di circa 20 hertz. Si è anche scoperto che solo le vibrazioni inferiori a 25 Hertz sono state effettivamente trasmesse all'avambraccio, alla parte superiore del braccio e alla spalla.

Questo metodo è stato stabilito sulla base di norme di vibrazione trasmesse a mano ed è stato sviluppato come protocollo standard per la misurazione delle vibrazioni trasmesse a mano del sistema mano-braccio umano durante il funzionamento di un trattore a mano in condizioni stazionarie. Il peso totale dell'accelerometro e dell'adattatore dovrebbe essere il più leggero possibile per ridurre gli errori di misurazione. La prova di prova di ciascun soggetto deve essere completata senza interruzione per ridurre l'effetto della postura di funzionamento.

Le principali applicazioni potenziali della metodologia proposta sono la stima dei fenomeni di interazione uomo-trattore, lo sviluppo ergonomico dei trattori a mano e lo sviluppo di dispositivi di protezione come isolatori e guanti.