Studium przypadku

Studium przypadku________________________
Przykład zastosowania metod biomechanicznych do oceny
ergonomii wybranych mechanizmów zamkowych drzwi
dr Iwona Palczewska
dr hab. Andrzej Mastalerz
Cel badań
Określenie całkowitej siły ręki włożonej w otwarcie drzwi za pomocą dwóch wybranych
mechanizmów zamkowych o różnych wartościach siły oporu niezbędnej do uruchomienia
zamka.
Obiektywizacja oceny komfortu użytkowania mechanizmu zamkowego z punktu widzenia
konieczności wywierania siły na dźwignię klamki i lokalizacja miejsc punktowych bolesnych
nacisków profilu klamki na rękę
Metoda badawcza
Do badań zastosowano tor pomiarowy przedstawiony na rycinie 1. Grip TM System (firmy
Tekscan), złożony jest z rękawicy pomiarowej, zawierającej 320 miniaturowych czujników
(rejestrujących wartości rozkładu sił i naprężeń powstających na powierzchni kontaktu ręki z
uchwytem), modułu przyłączeniowego rękawicy, karty akwizycji danych i oprogramowania
F-Scan Research ver. 5.83.
a. Elementy toru pomiarowego.
b. Rękawica z zamontowanymi czujnikami.
Ryc. 1. Elementy systemu pomiarowego do oceny wartości i jakości chwytu ręki – Grip TM System.
Przedmiot badań:
Dwa losowo wybrane, różne mechanizmy zamkowe, wbudowane w drzwi w siedzibie IWP
(Ryc.1)
Klamka nr 1
Klamka nr 2
Ryc. 2. Klamki wbudowane w mechanizm otwierania drzwi.
Sposób wykonania pomiaru
Pomiary wykonano dla dwóch mechanizmów zamkowych za pomocą tego samego toru
pomiarowego (Ryc.1). W obu przypadkach wartości siły ręki rejestrowano w czasie pracy
ręki związanej z ruchem klamki w dół. W badaniach wzięła udział jedna osoba, u której nie
stwierdzono zaburzeń aparatu ruchu kończyny górnej. Klamki były zamocowane na zbliżonej
wysokości. Nie brano pod uwagę kształtu klamki (Ryc.2), choć i w tym przypadku udało się
wykazać pewne zależności. Pomiary poprzedzono oceną maksymalnej wartości siły chwytu
cylindrycznego. Do tego celu wykorzystano cylinder o średnicy 30mm.
Badano rozkład sił na obszarach ręki przedstawionych schematycznie na Rycinie 4.
Ryc. 4. Obszary ręki objęte oceną sił nacisku powstających podczas pracy ręki
Wyniki badania
Obraz rozkładu sił nacisku powstających na powierzchni ręki przedstawia rycina 3.
A
B
C
Ryc. 3. Siły nacisku rejestrowane podczas maksymalnego chwytu cylindrycznego (A) oraz otwierania
mechanizmu zamkowego drzwi za pomocą klamki nr 1 (B) i klamki nr 2 (C).
Uzyskane wyniki pokazały, że do otwarcia mechanizmu zamkowego klamki nr 1 niezbędna
siła wynosiła 32 % wartości maksymalnej siły, którą rozwijała badana osoba podczas chwytu
cylindra o średnicy 30 mm. Natomiast ta sama osoba do uruchomienia mechanizmu
zamkowego klamki numer 2 musiała użyć tylko 4% swojej maksymalnej siły.
Otrzymano zatem ośmiokrotnie mniejszą siłę działającą na rękę podczas czynności
wykonywanej każdego człowieka przez całe życie setki tysięcy razy (Ryc.5).
[%]
40
30
20
10
0
Drzwi 1
Klamka
nr 1
Drzwi 2
Klamka
nr 2
Ryc. 5. Wartości maksymalnej siły podczas otwierania mechanizmów zamkowych klamki numer 1 i 2.
Wyniki te wskazują, że istotnym elementem, który należy brać pod uwagę podczas
projektowania mechanizmów zamkowych jest nie tylko design drzwi i klamek, ale przede
wszystkim udoskonalenie mechanizmów obsługujących zamek.
Wyniki tych badań wskazują na jeszcze jedną istotną cechę dotyczącą kształtu klamki.
Zamontowana w drzwiach klamka numer 1 jest zakończona ostro, co w przypadku wielkości
ręki badanej osoby pododawało znaczny ucisk na część dłoniową ręki. Efekt ten jest
wyraźnie widoczny na Rycinie 3 jako czerwone pole, którego kolor wskazuje na powstanie
siły o wartości dochodzącej do maksimum, które zanotowano dla tej badanej osoby.
Miejsce to było narażone na ucisk tym bardziej, że podczas używania klamki to dłoń jest
najbardziej obciążoną częścią ręki (Ryc. 6). Taka siła może skutkować upośledzeniem pracy
ręki, reakcjami bólowymi oraz w dłuższym czasie trwałymi zmianami skórnymi.
max
[%]
klamka 1
klamka 2
100
80
60
40
20
0
palce
kciuk
dłoń
Ryc. 6. Strategia pracy ręki podczas otwierania drzwi za pomocą klamek o różnym kształcie
Wnioski
1. Dzięki zastosowaniu obiektywnej metody pomiaru sił działających na rękę
użytkownika podczas posługiwania się różnymi typami klamki uzyskano
jednoznaczny dowód, że klamka nr 2 charakteryzuje się lepszymi parametrami
ergonomicznymi i jest bardziej komfortowa w użytkowaniu, ponieważ nie wymaga tak
dużej siły do poruszenia mechanizmu a jej profil nie wywiera punktowych, bolesnych
nacisków na rękę.
2. Uzyskany profil sił oddziałujących na rękę użytkownika klamek może stanowić
wskazówkę do projektowania innych klamek i mechanizmów zamkowych tak, by były
komfortowe w obsłudze dla użytkownika.