Grant/Projek zakończony
Symulacja ruchu człowieka poruszającego się na wózku inwalidzkim przy użyciu metody elementów wieloczłonowych
Identyfikator grantu: PT00774
Kierownik projektu: Gabriela Chwalik
Politechnika Krakowska
Wydział Mechaniczny
Kraków
Data otwarcia: 2019-06-25
Data zakończenia: 2022-02-02
Streszczenie projektu
Celem pracy jest zamodelowanie ciała człowieka, poruszającego się na wózku inwalidzkim, metodą układów wieloczłonowych przy wykorzystaniu pakietu komputerowego MSC Adams.
Podczas poruszania się na wózku inwalidzkim użytkownik tego urządzenia narażony jest na działanie drgań ogólnych, które mogą niekorzystnie wpływać na jego zdrowie. Przeprowadzane badania doświadczalne wykazały, że podczas jazdy na wózku inwalidzkim dochodzi do przekroczenia progu percepcji odbieranych drgań zgodnie z kryterium Morioki i Griffina, co może wiązać się z szybszym męczeniem się osoby niepełnosprawnej. Zaobserwowano również, że wielkość odbieranych drgań jest uzależniona od rodzaju nawierzchni oraz jej stanu (ewentualne uszkodzenia, progi itp.) [1,2,3].
Ze względu na negatywne oddziaływanie drgań na organizm ludzki przeprowadzanie badań doświadczalnych jest ograniczone. Dlatego też w celu oceny drgań ogólnych działających na użytkownika wózka inwalidzkiego można wykorzystać modelowanie ciała człowieka, np. jako układu wieloczłonowego przy wykorzystaniu pakietu komputerowego MSC Adams.
Model człowieka pozyskano poprzez skan 3D mężczyzny, a następnie za pomocą programu CATIA wyodrębniono 15 brył sztywnych (elementów ciała ludzkiego). Przyjęto, że ciało ludzkie jest symetryczne. Zdefiniowano 14 stawów, a więc 14 ruchów jakie wykonują względem siebie poszczególne bryły sztywne. Dla każdego utworzonego stawu określono maksymalną wartość kątową, o którą może obracać się jeden segment względem drugiego. Wartości te opierają się na fizjologicznym opisie ruchu człowieka zgodnie z normą ISOM (International Standard Orthopedic Measurements).
Planowane jest przeprowadzenie symulacji dla modelu w pozycji siedzącej w dwóch sytuacjach:
- podczas jazdy biernej - wózek napędzany przez inną osobę,
- podczas jazdy czynnej - wózek napędzany samodzielnie przez użytkownika.
Dla każdego ze sposobu poruszania się planowane jest przeprowadzenie symulacji dla wymuszenia harmonicznego (sinusoidalnego) działającego niezależnie na siedzisko i podnóżek wózka inwalidzkiego oraz wymuszenie na podstawie przebiegów czasowych otrzymanych z badań doświadczalnych.
[1] Chwalik. G, Kromka-Szydek M., Dziechciwski Z., The influnce of wheelchair parameters and propulsion technique on users comfort, DYMAMESI 2018: The International Colloquium Dynamics of Machines and Mechanical Systems with Interactions, Prague, March 6-7, 2018 : proceedings, 2018, p. 29-30
[2] Dziechciowski Z., Kromka-Szydek M., Chwalik G., The influence of changing the road pavement and the method of using a wheelchair on the vibration perception in accordance with ISO 2631, Czasopismo Techniczne, 2017, Y. 114, Vol. 11, p. 169-181
[3] Chwalik G., Kromka-Szydek M., Dziechciowski Z., Wpływ rodzaju podłoża oraz zmiany środka ciężkości użytkownika na komfort jazdy wózkiem inwalidzkim, Aktualne Problemy Biomechaniki, 2017, vol. 12, p. 15-20
Podczas poruszania się na wózku inwalidzkim użytkownik tego urządzenia narażony jest na działanie drgań ogólnych, które mogą niekorzystnie wpływać na jego zdrowie. Przeprowadzane badania doświadczalne wykazały, że podczas jazdy na wózku inwalidzkim dochodzi do przekroczenia progu percepcji odbieranych drgań zgodnie z kryterium Morioki i Griffina, co może wiązać się z szybszym męczeniem się osoby niepełnosprawnej. Zaobserwowano również, że wielkość odbieranych drgań jest uzależniona od rodzaju nawierzchni oraz jej stanu (ewentualne uszkodzenia, progi itp.) [1,2,3].
Ze względu na negatywne oddziaływanie drgań na organizm ludzki przeprowadzanie badań doświadczalnych jest ograniczone. Dlatego też w celu oceny drgań ogólnych działających na użytkownika wózka inwalidzkiego można wykorzystać modelowanie ciała człowieka, np. jako układu wieloczłonowego przy wykorzystaniu pakietu komputerowego MSC Adams.
Model człowieka pozyskano poprzez skan 3D mężczyzny, a następnie za pomocą programu CATIA wyodrębniono 15 brył sztywnych (elementów ciała ludzkiego). Przyjęto, że ciało ludzkie jest symetryczne. Zdefiniowano 14 stawów, a więc 14 ruchów jakie wykonują względem siebie poszczególne bryły sztywne. Dla każdego utworzonego stawu określono maksymalną wartość kątową, o którą może obracać się jeden segment względem drugiego. Wartości te opierają się na fizjologicznym opisie ruchu człowieka zgodnie z normą ISOM (International Standard Orthopedic Measurements).
Planowane jest przeprowadzenie symulacji dla modelu w pozycji siedzącej w dwóch sytuacjach:
- podczas jazdy biernej - wózek napędzany przez inną osobę,
- podczas jazdy czynnej - wózek napędzany samodzielnie przez użytkownika.
Dla każdego ze sposobu poruszania się planowane jest przeprowadzenie symulacji dla wymuszenia harmonicznego (sinusoidalnego) działającego niezależnie na siedzisko i podnóżek wózka inwalidzkiego oraz wymuszenie na podstawie przebiegów czasowych otrzymanych z badań doświadczalnych.
[1] Chwalik. G, Kromka-Szydek M., Dziechciwski Z., The influnce of wheelchair parameters and propulsion technique on users comfort, DYMAMESI 2018: The International Colloquium Dynamics of Machines and Mechanical Systems with Interactions, Prague, March 6-7, 2018 : proceedings, 2018, p. 29-30
[2] Dziechciowski Z., Kromka-Szydek M., Chwalik G., The influence of changing the road pavement and the method of using a wheelchair on the vibration perception in accordance with ISO 2631, Czasopismo Techniczne, 2017, Y. 114, Vol. 11, p. 169-181
[3] Chwalik G., Kromka-Szydek M., Dziechciowski Z., Wpływ rodzaju podłoża oraz zmiany środka ciężkości użytkownika na komfort jazdy wózkiem inwalidzkim, Aktualne Problemy Biomechaniki, 2017, vol. 12, p. 15-20