ハンドトラクターの運転中の人手腕システムの手伝振動の測定

この実験の全体的な目標は、ハンドトラクターの操作中に、手腕システムの生体力学的応答と振動透過性を調査することです。本研究は、グリップ力と振動周波数の変化を考慮したトラクター・ハンドアームシステムの手伝振動測定プロトコルを提供する。この方法は、ハンドアームシステムの振動伝達特性を理解するのに役立ちます。

始めて、乾燥した、しっかりした、レベルの地面を持つテストサイトにハンドトラクターを置きます。ハンドルのエラストマー材料を取り外します。すべての被験者からインフォームド・コンセントを得た後、立っている高さ、質量、前腕の長さ、上腕の長さおよび手の長さを含む各被験者の体の寸法を測定する。

加速度計アダプターを各被写体の手と腕にしっかりと包みます。各アダプタは、ナイロンストラップと亜鉛メッキ鉄板を使用して製造され、剛性と軽量なアタッチメントを提供しました。加速度計アダプターは、手の後ろの位置、前腕の遠位端、前腕の近位端、上腕の遠位端、上腕の近位端およびアクロミオンで包まれていた。

測定を開始する前に、加速度計、データ収集システム、薄膜圧センシングシステム、タコメーター、デジタルゴニオメーター、加速度計アダプタ、その他の関連部品を含む、測定システムのすべてのコンポーネントを収集します。加速度測定システムを設定するには、まず加速度計ケーブルを使用して、加速度計をデータ取得カードに接続します。イーサネットケーブルを使用して、シャーシをコンピュータに接続します。

次に、左ハンドルまたはハンドトラクターに1つの三軸加速度計を取り付け、もう一方を被験者の左手の加速度計アダプタに取り付けます。被験者の腕と肩の加速度計アダプターに、単軸加速度計を1つずつ取り付けます。3 軸加速度計の向きを調整して、指定した座標系と一致するようにします。

最後に、粘着テープを使用して、被写体の腕とトラクターのハンドルバーの皮膚表面に加速度計ケーブルを固定します。グリップフォース測定システムを設定するには、まず両面粘着テープを使用して、ハンドトラクターの左ハンドルに2つの薄膜センサーを取り付けます。次に、画面システムを好きな高さに配置します。

被験者がハンドトラクターの操作中に指定されたレベルにグリップ力を監視し、調整できるように。その後、被験者にハンドルを保持し、水平位置に上げるように指示します。肩横の外線、肩の垂直な外線、肘の延長、手首の延長および手首の偏差を含むデジタルゴニオメーターを使用して、被験者の手と腕の姿勢を測定する。

裁判が終わるまで姿勢を維持するよう被験者に依頼する。中性でハンドトラクターを起動し、それが安定するまで低エンジン速度で実行し続けます。タコメータ、薄膜圧検知装置、ノートパソコン、加速度データ取得システムをオンにします。

データ収集の加速度、取得モード、サンプリングレートのパラメータを設定します。[実行] をクリックし、システムが安定するまで約 10 秒待ってから、[記録] をクリックしてアクセラレーション データの記録を開始します。テスト中は、被験者にタコメータを監視し、エンジンの速度を1分あたり1,500回転に調整してもらい、安定させます。

次に、被験者に20ニュートンにグリップ力を慎重に調整し、このグリップ力レベルを約30秒間維持するように指示します。次に、グリップ力を30ニュートンに調整し、約30秒を保ちます。そして、グリップ力を40ニュートンに調整し、約30秒を保ちます。

その後、エンジン速度を毎分2,500回転に調整し、グリップ力調整の上記手順を繰り返します。最後に、エンジン速度を毎分3,500回転に調整し、グリップ力調整の上記手順を繰り返します。トライアルの最後に、被験者にハンドルを下ろし、ハンドトラクターのエンジンをシャットダウンするように指示します。

振動加速度データを保存し、次の主題に加速度計を取り外して配置します。すべてのサブジェクトのデータ収集が終了するまで、上記の手順を繰り返します。加速度時系列データをエクスポートして、さらに分析します。

これらのプロットは、ハンドル上の時間領域と周波数領域の加速のサンプルを、2回目の時間の半分の時間で表示します。X方向とZ方向の最大加速度は、58ヘルツの周波数で発生しました。振動エネルギーの大部分は、50~200ヘルツの周波数範囲で集中化されていることがわかった。

ハンドアーム系のグリップ力と根平均二乗加速度との平均関係が得られた。グリップ力の増加は、20〜100ヘルツの周波数で特に振動加速を増加させることが観察されました。そして、3つの共振周波数は、グリップ力の増加に伴ってほぼ直線的に増加することが判明した。

一方、エンジン速度とルート平均二乗加速度との関係が得られた。プロットに示すように、低い周波数は比較的減衰されずに送信された。一方、減衰は高周波数でかなりマークされていました。

このように、振動エネルギーのほとんどが手と前腕で放散されたと結論付けるのが妥当である。この図は、ハンドアームシステムの異なる場所での平均透過率を示しています。このことは、振動源からの距離の増加に伴ってハンドアームシステムの透過性が低下することを発見した。

最も高い透過率は手の後ろで観察された。手首と肘の透過率の共振周波数は約20ヘルツであった。また、25ヘルツ未満の振動だけが前腕、上腕、肩に効果的に伝達されることがわかりました。

この方法は、手で振動標準を透過して確立され、静止状態でハンドトラクターの動作中に人手の腕システムの振動を伝達する手の測定のための標準プロトコルとして開発されました。加速度計とアダプターの総重量は、測定誤差を減らすためにできるだけ軽くする必要があります。各被験者の試験試験は、操作姿勢の影響を軽減するために中断することなく完了する必要があります。

提案された方法論の主な応用は、人間とトラクターの相互作用現象の推定、ハンドトラクターの人間工学的開発、アイソレータや手袋などの保護装置の開発である。