Эргономические рекомендации по проектированию интерфейсов аддитивных модулей для колясок с ручным управлением: сагиттальная плоскость

May 17, 2023

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 11993 (2023) Цитировать эту статью

При проектировании двигательных систем, приводимых в действие верхней конечностью, заметно отсутствие эргономического анализа, информирующего об участках рамы коляски, где можно установить ручные органы управления. Учитывая это, была поставлена ​​цель исследования измерить области досягаемости рук человека в пределах области, определяемой структурными элементами инвалидной коляски с ручным управлением. Эргономический анализ был проведен на группе из десяти пациентов, представляющих 50% антропометрических размеров. Для измерения использовалось программное обеспечение для захвата движения и анализа изображений на основе библиотеки openCV. В результате проведенных исследований была разработана карта диапазона рук в боковой плоскости коляски, параллельной сагиттальной плоскости. Кроме того, карта была разделена на три зоны досягаемости рук с учетом различного уровня комфорта манипулирования руками. Общая площадь досягаемости руки составила 1269 мм в длину и 731 мм в высоту, а наиболее удобная зона манипуляции — 352 мм в длину и 649 мм в высоту. Нанесенные на график области охвата рук действуют как карта, информирующая дизайнера, где в сагиттальной плоскости можно установить дополнительные аксессуары, которыми управляет пользователь.

Инвалидная коляска вместе с человеком, который ею управляет, создает антропотехническую систему, в которой инвалидная коляска заменяет функции человеческого организма, ограниченные инвалидностью, в том числе важнейшую – способность передвигаться. Для этого инвалидная коляска оснащается электрической или ручной двигательной системой. В группе ручных двигательных установок наиболее популярной является толкающая двигательная установка, приводимая в движение верхними конечностями пользователя1,2,3. Простая конструкция привода толкателей обеспечивает простоту использования и одновременно увеличивает мышечные усилия. Простая конструкция обеспечивает безотказную работу и простоту использования, но также требует больших усилий, особенно при использовании инвалидной коляски для подъема на холм4,5 или при передвижении по загородным районам6.

Простая конструкция и универсальность ручной двигательной установки делают ее широко используемой. Производители колясок, чтобы устранить их недостатки и повысить доступность, вводят ряд модификаций, повышающих эффективность. Модификации включают в себя изменение конструкции ободов7, а также дооснащение отдельных инвалидных колясок дополнительными модулями, поддерживающими ручную двигательную систему8,9. Дополнительные модули, устанавливаемые производителями, чаще всего располагаются внутри задних колес, на боковой поверхности рамы коляски и требуют дополнительного обращения со стороны пользователя. Система предотвращения отката, например8 (рис. 1), установлена ​​вплотную к заднему колесу, а рычаг включения/выключения (а) расположен в месте, где он может столкнуться с рукой, завершающей цикл движения10,11 ,12.

Прототип противооткатной системы, установленной на инвалидной коляске с толкающим движителем, с положением рычага управления, обозначенным (а).

Другие проблемы возникают при использовании модуля FreeWheel (рис. 2). Он установлен в передней части инвалидной коляски, поэтому не сталкивается с рукой, нажимающей на толкатель. Однако из-за расположения модуля для работы туловище пользователя должно быть согнуто. Для некоторых инвалидов-колясочников это невозможно из-за отсутствия стабилизации туловища вследствие паралича мышц спины и живота.

Дополнительный модуль самоустанавливающегося колеса FreeWheel, распространяемый Spokz.

При анализе рынка дополнительных модулей выяснилось, что в зависимости от выполняемой функции они крепятся в разных местах рамы коляски. Очень часто их расположение находится очень близко к вращающимся, толкаемым вручную элементам двигательной установки. Кроме того, модули, смонтированные на инвалидной коляске, требуют обращения с кинематическими цепями тела человека различной длины13, что в крайних случаях может привести к потере его устойчивости из-за отсутствия стабилизации сиденьем инвалидной коляски14. В связи с вышеизложенным было определено, что при проектировании дополнительных модулей необходимо учитывать эргономические аспекты15. Это очень важно, поскольку одним из критериев мобильности инвалидной коляски является ее приспособленность к физическим особенностям пользователя16. В настоящее время на стадии проектирования широко используются антропометрические атласы17. Однако заметно отсутствие критериев, определяющих комфортность использования технических устройств в зависимости от длины кинематической цепи человеческого тела, используемой для их эксплуатации. Единственное доступное исследование комфорта использования посвящено анализу влияния положения сиденья относительно толчкового движения на комфортность вождения инвалидной коляски18. Кроме того, заметно отсутствие исследований, связывающих размах верхних конечностей с положением тела в коляске и геометрическими особенностями рамы коляски. Среди доступных работ есть исследования, описывающие влияние конфигурации инвалидной коляски на ее мобильность19 или исследования, анализирующие тип и частоту действий, выполняемых в инвалидной коляске20.