Artigo - Open Access.

Idioma principal

AVALIAÇÃO DA INÉRCIA ROTACIONAL DE CADEIRA DE RODAS MANUAL: IMPLICAÇÕES PARA O DESIGN ERGONÔMICO

Medola, Fausto Orsi; Sprigle, Stephen H.;

Artigo:

No design de uma cadeira de rodas manual, o desempenho na locomoção é um dos aspectos de maior preocupação, em vista da importante limitação de mobilidade à qual os usuários estão expostos. O desempenho na mobilidade é resultante, basicamente, do equacionamento entre os esforços do usuário, os aspectos inerciais da cadeira de rodas e a resistência ao movimento (principalmente no atrito entre as rodas e a superfície). O designer é capaz de intervir nesta equação - e desta forma no desempenho da mobilidade – abordando os aspectos inerciais do equipamento. Para deslocamentos em trajetória retilínea, a massa total da cadeira de rodas é o principal componente inercial. Por outro lado, para movimentos em trajetórias curvas ou mistas, bem como para manobras de giro da cadeira, assume grande relevância a inércia rotacional do sistema. Neste sentido, o objetivo deste estudo é avaliar a influência da adição de massa (e sua localização) e do uso de dois diferentes conjuntos de aro-roda na inércia rotacional de uma cadeira de rodas manual. Uma plataforma construída com sensores de força e encoder óptico foi utilizada para avaliação da inércia rotacional da cadeira de rodas. As medidas foram realizadas em três situações, em todas sendo utilizada a mesma cadeira de rodas: (i) adição de pesos nas rodas e no centro do assento da cadeira; (ii) dois diferentes conjuntos de rodas e pneus traseiros comercialmente disponíveis; (iii) duas posições – anterior e posterior – do eixo das rodas traseiras. Os resultados demonstram que, para uma mesma configuração de cadeira de rodas, a adição de corpos de pouca massa (0,25 kg e 0,4 k) junto aos eixos das rodas traseiras provoca maior aumento da inércia rotacional do que a adição de 5,5 kg em posição centralizada. Similarmente, o conjunto de rodas de maior massa resultou em maior inércia rotacional, assim como a posição posterior das rodas (consequentemente maior comprimento da cadeira). Este estudo contribui com duas diretrizes projetuais para cadeira de rodas: a massa do equipamento deve estar concentrada, o máximo possível, próximo ao centro de massa da cadeira; as medidas de comprimento e largura devem ser as menores possíveis, de modo a diminuir as distâncias dos extremos (e suas massas) anterior, posterior e lateriais para o centro de massa do equipamento. Designers devem, no processo de desenvolvimento de cadeiras de rodas manuais, considerar os aspectos inerciais do equipamento, de forma a favorecer o desempenho da mobilidade de seus usuários e, assim, sua funcionalidade, independência e qualidade de vida.

Artigo:

In the design of a manual wheelchair, the performance during mobility is one of the aspects of great concern, due to the important limitation in the mobility among users. The mobility performance results, basically, from the equation between user’s manual efforts, wheelchair inertial properties and rolling resistance (mainly the friction between the wheels and the surface). The designer can intervene in this equation – and thus in the mobility performance – by addressing the inertial aspects of the equipment. For straight-forward displacements, wheelchair total mass is the main inertial component. In contrast, for turning trajectories and maneuvers, rotational inertia of the system plays an important role. The aim of this study was to evaluate the influence of adding mass (and its location) and the use of two different sets of rear wheels on the rotational inertia of a manual wheelchair. A platform instrumented with force sensors and optical encoder was used to measure the rotational inertia of the wheelchair. Measurements were taken in three different situations (all them with the same wheelchair): (i) addition of mass in the wheels and in the center of the seat; (ii) two different sets of commercially available rear wheels; (iii) two positions – rearward and forward – of the rear wheels’ axle. The results show that, for the same wheelchair configuration, the addition of low weight bodies (0.25 kg e 0.4 k) in the rear wheels led to a greater increase in the rotational inertia of the system than adding 5.5 kg in the center of the seat. Similarly, the heavier set of rear wheels resulted in greater rotational inertia, as well as the rearward position of the rear wheels axle. This study contributes with two ergonomics guidelines for the design of manual wheelchairs: the equipment mass should be concentrated, as possible, close to the center of mass of the chair; the wheelchair length and width should be as small as possible, in order to reduce the distances to the wheelchair center of mass. In the design process of manual wheelchairs, designers should consider the inertial aspects of the equipment, in order to improve mobility performance and, thus, benefiting users’ functionality, independence and quality of life.

Palavras-chave: Cadeira de rodas, Mobilidade, Design, Tecnologia Assistiva., Wheelchairs, Mobility, Design, Assistive Technology.,

Palavras-chave: ,

DOI: 10.5151/designpro-ped-01125

Referências bibliográficas
  • [1] ALM, M.; SARASTE, H.; NORRBRINK, C. Shoulder pain in persons with thoracic spinal co rd injury: Prevalence and characteristics. Journal of Rehabilitation Medicine, v.40, p.277–283, 2008.
  • [2] AMBROSIO, F.; BONINGER, M.L.; SOUZA, A.L.; FITZGERALD, S.G.; KOONTZ, A.M.;
  • [3] COOPER, R.A. Biomechanics and Strength of Manual Wheelchair Users. Journal of Spinal Cord Medicine, v.28, p.407-414, 2005.
  • [4] BOHANNON, R.W. Number of pedometer-assessed steps taken per day by adults: a descriptive meta-analysis. Physical Therapy, v.87, n.12, p. 1642–1650, 2007.
  • [5] BONINGER, M.L.; IMPINK, B.G.; COOPER, R.A.; KOONTZ, A.M. Relation between median and ulnar nerve function and wrist kinematics during wheelchair propulsion. Archives of Physical Medicine Rehabilitation, v.85, p.1141-1145, 2004.
  • [6] CURTIS, K. A.; DRYSDALE, G. A.; LANZA, R. D.; KOLBER, M.; VITOLO, R. S.; WEST, R. Shoulder Pain in Wheelchair Users with Tetraplegia and Paraplegia. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, v.80, n.4, p.453–457, 1999.
  • [7] EICHOLTZ, M.R. Design and analysis of an inertial properties measurement device for manual wheelchairs. Master Thesis - Master of Science in the School of Mechanical Engineering. Georgia Institute of Technology, August, 2010, 106 p.
  • [8] KARMARKAR, A.M.; COLLINS, D.M.; KELLEHER, A.; DING, D.; OYSTER, M.; COOPER, R.A. Manual wheelchair-related mobility characteristics of older adults in nursing homes. Disability and Rehabilitation, v.5, n.6, p. 428–437, 2010.
  • [9] LEVY, C.E.; BUMAN, M. P.; CHOW, J.W.; TILLMAN, M.D.; FOURNIER, K.A.; GIACOBBI, P. Use of power assist wheels results in increased distance traveled compared with conventional manual wheeling. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation, v. 89, n. 8, p. 625–634, 2010.
  • [10] MACPHEE, A.H.; KIRBY, R.L.; BELL, A.C.; MACLEOD, D.A. The effect of knee-flexion angle on wheelchair turning. Medical Engineering Andamp; Physics, v.23, p.275-283, 2001.
  • [11] MEDOLA, F.O.; DAO, P.V.; CASPALL, J.J.; SPRIGLE, S. Partitioning kinetic energy during freewheeling wheelchair maneuvers. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, v.22, n.2, p. 326-333, 2014a.
  • [12] MEDOLA, F.O.; ELUI, V.M.; SANTANA, C.D.; FORTULAN, C.A. Aspects of Manual Wheelchair Configuration Affecting Mobility: A Review. Journal of Physical Therapy Science, v26, n.2, pp. 313-318, 2014b.
  • [13] MIYAHARA, M.; SLEIVERT, G.G.; GERRARD, D.F. The relationship of strength and muscle balance to shoulder pain and impingement syndrome in elite quadriplegic wheelchair rugby players. International Journal of Sports Medicine, v.19, n.3, pp.210– 214, 1998.
  • [14] PARALYZED VETERANS OF AMERICA CONSORTIUM FOR SPINAL CORD MEDICINE. Preservation of upper limb function following spinal cord injury: A clinical guideline for health-care professionals. Journal of Spinal Cord Medicine, v.28, n.5, p. 434-470, 2005. SONENBLUM, S.E.; SPRIGLE, S.; LOPEZ, R.A. Manual Wheelchair Use: Bouts of Mobility in Everyday Life. Rehabilitation Research Practice, 2012;753165. doi: 10.1155/2012/753165. Epub 2012 Jul 15.
  • [15] SPRIGLE, S. On “Impact of surface type, wheelchair weight, and axle position on wheelchair propulsion by novice older adults.” Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, v.90, p.1073-1075, 2009.
  • [16] SUBBARAO, J. V.; KLOPFSTEIN, M. D.; TURPIN, R. Prevalance and Impact of Wrist and Shoulder Pain in Patients With Spinal COrd Injury. Journal of Spinal Cord Medicine, v.18, n.1, p. 9–13, 1994.
  • [17] TOLERICO, M.L.; DING, D. COOPER, R.A.; SPAETH, D.M.; FITZGERALD, S.G.; COOPER, R.;
  • [18] KELLEHER, A.; BONINGER, M.L. Assessing mobility characteristics and activity levels of manual wheelchair users. Journal of Rehabilitation Research and Development, v.44, n.4, p.561–571, 2007.
  • [19] VAN DER WOUDE, L.H.V.; DALLMEIJER, A.J.; JANSSEN, T.W.J.; VEEGER, D. Alternative modes of manual wheelchair ambulation: An overview. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation, v.80, p.765-777, 2001.
Como citar:

Medola, Fausto Orsi; Sprigle, Stephen H.; "AVALIAÇÃO DA INÉRCIA ROTACIONAL DE CADEIRA DE RODAS MANUAL: IMPLICAÇÕES PARA O DESIGN ERGONÔMICO", p. 2498-2509 . In: Anais do 11º Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design [= Blucher Design Proceedings, v. 1, n. 4]. São Paulo: Blucher, 2014.
ISSN 2318-6968, DOI 10.5151/designpro-ped-01125

últimos 30 dias | último ano | desde a publicação


downloads


visualizações


indexações