Los efectos de los guantes de vibracin para reducir la vibracin en el dedo Daniel E.Bienvenido, Ren Dong G.,,, Xueyan S.Xu, ChristopherWarren, Thomas W. McDowellMostrar msdoi: 10.1016 / j.ergon.2013.10.003Obtener los derechos y contenidos

DestacadosLa transmisibilidad de 3D (VR) dedos del guante de vibracin de reduccin fue investigado.Un vibrmetro lser 3D se utiliz para medir la transmisibilidad en un sistema de prueba 3D.Los guantes probados no reducen sustancialmente las vibraciones transmitidas a los dedos.Los resultados Ehanced la comprensin de los mecanismos de guantes de realidad virtual.

1. IntroduccinAlgunos guantes de vibracin de reduccin se han desarrollado y aplicado para atenuar la vibracin transmitida al sistema mano-brazo(Renset al.,1987,Goel y Rim, 1987yReynolds y Jetzer,1.998).La Organizacin Internacional de Normalizacin (ISO) ha establecido un estndar para la prueba y evaluacin de tales guantes(ISO10819,1996).Mientras que algunos estudios informaron que algunos de estos guantes podra ser til(Brown,1990,Jetzer et al., 2003yMahbub et al.,2007),hay una cierta duda en cuanto a su utilidad para la atenuacin de la vibracin transmitida a los dedos (Griffin,1990,Griffin,1998,Padan y Griffin, 2001yDong et al.,2009).Tambin como una preocupacin importante, estos guantes pueden reducir sustancialmente la destreza de los dedos y aumentar los esfuerzos empuadura(Wimeret al.,2010).Como resultado, algunos guantes de realidad virtual pueden no ser cmodos de usar y pueden causar fatiga de la mano.En el peor de los casos, podran convertirse en uno de los factores que resultan en lesiones en las manos debido al exceso de ejercicio o la causa de los problemas de seguridad, como la prdida de destreza.Aunque llevaba un guante cuando utilice una herramienta generalmente se recomienda por muchas buenas razones, un guante de VR puede que no sea la mejor opcin si sus beneficios de la reduccin de la vibracin no superan a sus efectos adversos.El equilibrio es probable que sea especfica de herramienta y trabajando acondicionamiento o tarea especfica.Para ayudar a determinar el equilibrio, es importante encontrar la cantidad de vibracin los guantes pueden reducir.Aunque muchos estudios han investigado la transmisibilidad de la vibracin de estos guantes en la palma de la mano, el actual estudio se centr el examen en la transmisibilidad de guantes en los dedos.Debido a las lesiones y trastornos del dedo inducidos por vibraciones son los principales componentes de HAVS(Griffin,1990), los dedos son subestructuras crticos en el sistema mano-brazo.La evaluacin de guantes de VR debe basa parcialmente en el nivel de reduccin de la vibracin en los dedos.En gran parte debido a problemas tcnicos, el estudio de la transmisibilidad de la vibracin de los guantes de realidad virtual en los dedos ha sido muy limitada(Griffinet al., 1982yPadan y Griffin,2001).Probablemente por la misma razn, la prueba de guante anti-vibracin normalizada se basa en la transmisin de vibraciones del guante en la palma de una mano a lo largo de la direccin del antebrazo(ISO10819, 1996yISO 10819,2.013) en lugar de que, en los dedos.Sin embargo, esta norma no pretende indirectamente para abordar la cuestin de la atenuacin de vibraciones dedo.Esto se refleja en uno de los tres criterios para definir los guantes anti-vibracin.Este criterio requiere que cualquier guante anti-vibracin debe ser un guante de dedo completo con los mismos materiales y espesores en la palma y los dedos en el estndar original(ISO10819,1996).La suposicin principal es que si la palma y los dedos estn cubiertos segn la especificacin, el guante de manera similar puede reducir la vibracin transmitida a la palma y los dedos;al menos, un guante tal debe ser mejor en la atenuacin de la vibracin de dedo que uno que no cumpla con este criterio.Mientras que esta hiptesis no ha sido suficientemente probada y es cuestionable, este criterio tiene un problema prctico: los guantes anti-vibracin que cumplen la misma son generalmente demasiado voluminoso para llevar.Como resultado, ningn fabricante de guantes de hecho ha aplicado plenamente este criterio, aunque algunos guantes disponibles en el mercado han sido certificados como guantes anti-vibracin.Para permitir que estos guantes para cumplir plenamente con el criterio, la exigencia en la versin revisada de la norma ha sido revisada(ISO10819,2013);Especficamente, el espesor de los dedos del guante se ha relajado desde 100% a 55% de que en la palma del guante.Obviamente, esta revisin no se basa en la atenuacin de la vibracin de dedo de los guantes pero simplemente acomoda la realidad.Guantes de vibraciones reducir bsicamente sirven como un amortiguador pasivo entre una mano y una herramienta en su interfase para reducir la vibracin transmitida, similar a la funcin de un sistema de suspensin(Donget al.,2009).Al igual que cualquier sistema de suspensin pasiva, la eficacia de aislamiento de vibraciones del guante no slo depende de las propiedades dinmicas de guantes, sino tambin en la masa efectiva del sistema de guante-mano-brazo.Debido a que la masa efectiva distribuido en la palma de la mano a lo largo de la direccin del antebrazo es generalmente el ms alto para una condicin de exposicin dado, el guante es tericamente ms eficaces para reducir la vibracin transmitida a la palma en esa direccin(Donget al.,2012).Esto significa que la transmisibilidad medida con el mtodo de ensayo normalizado generalmente representa el mejor de los casos para las capacidades de reduccin de la vibracin del guante, como se confirma en un estudio reciente(McDowellet al.,2013).Su eficacia podra ser sobreestimado si este valor transmisibilidad se utiliza para la evaluacin.Debido a que la masa efectiva de cada dedo es pequeo en comparacin a la de la palma de la mano, el guante es probable que slo capaz de atenuacin mnima en los dedos, especialmente en las yemas de los dedos.Una vez que la transmisin de vibraciones de los guantes en los dedos se mide de forma fiable, la eficacia global del guante para la atenuacin de la vibracin puede ser mejor estimada.Uno de los mtodos para medir la transmisibilidad de la vibracin de los dedos del guante es insertar un adaptador de dedo equipado con un acelermetro triaxial miniatura entre los dedos y el material de los guantes, similares al mtodo del adaptador de palma utilizado en la prueba guante estandarizado(ISO10819, 1996yISO 10819,2013).Debido a que la masa y las dimensiones de cada dedo son relativamente pequeas, en comparacin con la masa y las dimensiones del adaptador de dedo, el dedo adaptador equipado con un acelermetro en miniatura convencional podra cambiar la relacin de acoplamiento original posible de;Como resultado, la transmisibilidad de medicin puede no ser suficientemente representativos de la transmisibilidad real de los dedos del guante.Adems, la transmisin de vibraciones dedo podra variar mucho en diferentes lugares en cada dedo(Bienvenidoet al.,2011).Por lo tanto, es difcil de usar el mtodo de adaptador de dedo para medir de forma fiable la distribucin transmisibilidad.Alternativamente, la transmisibilidad dedo de guante se puede estimar indirectamente midiendo las vibraciones en los dedos con y sin el uso de los guantes anti-vibracin(Griffinet al.,1982,Cheng et al., 1999yPaddan y Griffin,2.001).Un estudio de modelado demostr que la transmisibilidad estimado utilizando este mtodo relativo es aceptable para representar aproximadamente que en la interfaz de guante con los dedos(Donget al.,2009).La mayor preocupacin de este mtodo sobre el dedo es similar a la del mtodo de adaptador: la masa del acelermetro y su soporte puede afectar significativamente la vibracin dedo.Adems, la instalacin del acelermetro en un dedo tambin se puede aplicar algunas restricciones artificiales para el dedo e interactuar con e influir en sus propiedades dinmicas, que tambin pueden hacer que la medicin poco fiable.Estos problemas pueden evitarse mediante el uso de un vibrmetro de lser en la medicin.Aunque el uso de un vibrmetro lser de simple efecto para la medicin de la transmisin de vibracin de la mano ha sido reportado por varios investigadores(Srenssony Lundstrm, 1992yRossi y Tomasini,1995;.Nataletti et al,2005,.Scalise et al,2007,Concettoni y Griffin, 2009yXu et al.,2011),un vibrmetro 3-D tambin se ha utilizado recientemente para medir la vibracin transmitida al sistema mano-brazo(Bienvenidoet al.,2011).Esta tcnica ha permitido llevar a cabo una medicin fiable en 3-D de la vibracin dedo para examinar la eficacia de los guantes de proteccin exposicin a las vibraciones dedo.En base a estos antecedentes, los objetivos de este estudio son determinar si los guantes antivibratorios definidos por los criterios de la nueva versin de la norma ISO(ISO10819,2013)pueden reducir la vibracin transmitida a los dedos y para mejorar la comprensin de los mecanismos de estos guantes.Especficamente, los espectros de transmisin de vibraciones de los dedos humanos con y sin el uso de un guante se midieron en tres direcciones ortogonales utilizando un vibrmetro lser 3-D en un sistema de prueba de vibracin mano-brazo 3-D.Dos tipos de guantes de vibracin tpicos de reduccin son considerados en el experimento bajo varios diferentes fuerzas de agarre.Los resultados experimentales se utilizan para evaluar la eficacia de estos guantes para reducir la vibracin transmitida a los dedos.Para ayudar a entender los mecanismos de los efectos de los guantes, tambin se examina el papel de la fuerza de agarre en la transmisibilidad dedo.2. Mtodos2.1.InstrumentacinFig.1muestra un esquema de la instrumentacin bsica y la postura sujeto usado en este estudio.Fig.2muestra una vista en perspectiva de la configuracin experimental.Se emple un sistema de 3-D prueba de vibracin (MB Dinmica, 3-D mano-brazo Sistema de prueba de vibracin) para generar el espectro de vibracin requerida en cada una de las tres direcciones:Zhes a lo largo del antebrazo;Yhes a lo largo de la lnea central de el mango instrumentado en la direccin vertical;yXhes la direccin normal a laYh-Zhavin.Un asa instrumentado equipado con un acelermetro triaxial (Endevco, de 65-100) y un par de sensores de fuerza (interfaz, SML-50) se utilizaron para medir las aceleraciones 3-D y se aplica la fuerza de agarre.Para asegurar una buena seal, una cinta retro-reflectante fue envuelto en el mango.Una placa de la fuerza (Kistler 9286AA) se utiliz para medir la fuerza de empuje aplicada al mango.La empuadura aplicada y empujar fuerzas se muestran en dos galgas de marcacin virtuales en un monitor de ordenador en frente del sujeto, como tambin se muestra enla Fig.1. A 3-D vibrmetro de lser de barrido (Polytec, 3-D PSV-400) se utiliz para medir las vibraciones 3-D distribuidos en la superficie de la empuadura instrumentado y en la piel dorsal de los dedos.Las seales de vibracin medidos fueron de entrada al sistema de adquisicin de datos de la vibrmetro de lser para la evaluacin de la transmisibilidad de vibracin.

Fig.1.Sujeto y medicin de la configuracin que incluye un sistema 3-D de bucle cerrado controlado exposicin a las vibraciones, un vibrmetro de lser 3-D, un sistema de medicin de la vibracin y la respuesta, un sistema de medicin de la fuerza de agarre y la pantalla, y un sistema de medicin de la fuerza de empuje y la pantalla.Opciones Figura

Fig.2.Una vista en perspectiva del sistema de coordenadas, la postura sujetos en el experimento, el mango instrumentado, y su soporte en el sistema de prueba de vibracin mano-brazo 3-D.Opciones Figura2.2.Condiciones de medicin y las variablesSiete hombres adultos sanos participaron en el experimento con el consentimiento informado.Sus principales antropometra se enumeran enla Tabla1.El protocolo de estudio fue revisado y aprobado por el NIOSH Sujetos Humanos Junta de Revisin.Mesa 1.Asunto antropometra (longitud mano = punta del dedo medio de pliegue en la mueca; palmo = ancho medido en metacarpianos; circunferencia = circunferencia mide como se especifica enEN 420(2003);tamao de mano basado enEN 420(2003)).Asunto IDAltura (cm)Peso (kg)Longitud Mano (mm)Palmo (mm)Circunferencia (mm)tamao

1177.863.5193872059

2176.579.4195842059

3180.382.2199902159

4180.373.94188872149

5182.988.45195932139

6182.990.261979623410

7185.488.4189892129

Significar180.980.9193.789.4214.0

SD3.099.634.034.049.73

Opciones de tablaComo se muestra tambin enla Fig.1,las posturas de manos y brazos utilizados en este estudio fueron similares a los requeridos en la prueba estandarizada guante (ISO10819, 1996yISO 10819,2013).En concreto, cada sujeto aplic un agarre de fuerza en el mango instrumentado con una postura neutral de la mueca.El antebrazo fue aproximadamente paralelo al suelo y alineado con elZheje, el codo en ngulo entre 90 y 120 , y el hombro secuestrado entre 0 y 30 .Debido a que la respuesta biodinmica dedo depende de la fuerza del dedo aplicado, pero en gran medida independiente de la parte restante del sistema mano-brazo(Dong et al.,2005),tres de slo agarre acciones (15 N, 30 N y 50 N) fueron considerados en este estudio, que son propensos a estar dentro del rango de las fuerzas de los dedos en la operacin de muchas herramientas de mano con motor.Adems, el 30 N agarre combinado y 50 N de empuje requerido en el ensayo normalizado guante tambin se consider como una de las cuatro acciones de mano utilizadas en este estudio.El dispositivo de mango bloqueado parte de la vista de los dedos acoplados en el mango para una orientacin dada de la vibrmetro lser.El vibrmetro lser habra tenido que ser colocado de nuevo y reestructurado varias veces en el experimento para cada sujeto, si medimos la vibracin en toda la superficie de los dedos.Esto no slo aumentara en gran medida el tiempo de prueba y el gasto pero tambin podra reducir la consistencia y fiabilidad de la medicin.Para maximizar la eficiencia de prueba y la fiabilidad de los datos experimentales, el vibrmetro de lser 3-D se fij en una posicin optimizada durante todo el experimento, y la medicin se realiz en las dos zonas de la dedos ndice y medio se muestra en laFig.3, suponiendo que la transmisibilidad en las manos izquierda y derecha no son significativamente diferentes en las mismas condiciones de ensayo.Trozos de cinta retrorreflectante se utilizaron en la medicin con el fin de evitar el efecto de pelo en la medicin y para mantener una buena reflexin del lser, que tambin se muestra en laFig.3. Para evitar cualquier efecto adverso de la cinta retro-reflectante en la piel tema, un trozo de cinta adhesiva de primeros auxilios se coloc entre la cinta reflectante y la piel;esto tambin asegura una fijacin firme de la cinta reflectante en la piel.

Fig.3.Seis puntos / lugares en cada una de las dos zonas de medicin: Zona 1 - uas, primero nudillo, y reas del dorso de las falanges medias de los dedos ndice y medio de la mano izquierda;rea 2 - nudillo medio, dorso de falange proximal y reas terceros nudillos en los dedos ndice y medio de la mano derecha.Opciones FiguraPara ayudar a evaluar el criterio dedo del guante antivibracin definido en la norma(ISO10819, 1996yISO 10819,2013),este estudio considera dos modelos tpicos de guantes de vibracin de reduccin: un guante relleno de gel (Guante 1) y un guante lleno de vejiga de aire (Guante 2), como se muestra enla Fig.4. El guante lleno de gel no puede ser clasificado como un guante anti-vibracin principalmente debido a su transmisibilidad de alta frecuencia (200 a 1.250 Hz) medido en la prueba estandarizada es mayor que 0,70(Bienvenidoet al.,2.012),que es ms alto que el ( 100 Hz).Como se muestra tambin enla Fig.11, hubo una fuerte amplificacin en el nudillo medio del dedo ndice para ambos guantes, que tambin es similar a la amplificacin ms grande en el primer nudillo del dedo ndice en la zona 1 a frecuencias superiores a 300 Hz para ambos guantes mostrados en laFig.9. Como se muestra enla Fig.12, las resonancias tambin generalmente desplazado a una frecuencia ms alta con las fuerzas ms grandes.Sin embargo, a diferencia de lo observado en el rea 1, el primer pico de resonancia importante en la Zona 2 se desplaz a ms de 100 Hz;Los guantes tambin reducen sorprendentemente la vibracin transmitida a los dedos entre 20 y 80 Hz.La reduccin media mxima fue de 22% para el Guante de 1 y 15% para Guante 2. El rango de frecuencia especfica de la reduccin depende de la fuerza de agarre aplicada.El aumento de la fuerza generalmente desplazado las resonancias a frecuencias ms altas.

Fig.11.Las comparaciones de los espectros de transmisin de vibraciones guante en las seis localidades (P1-P6) en el rea 2.Opciones Figura

Fig.12.Efectos de la fuerza sobre los espectros de vibracin media guante transmisibilidad en el rea 2.Opciones FiguraPara demostrar claramente el efecto guante, el espectro transmisibilidad media global para cada guante fue como promedio durante los medidos en todos los puntos en ambas reas 1 y 2 para todas las acciones de cuatro mano / fuerza.Los resultados se muestran en laFig.13. Sorprendentemente, los espectros media transmisibilidad de estos dos guantes por debajo de 150 Hz son muy similares entre s.En promedio, ni guante significativamente (> 5%) reduce la vibracin transmitida a los dedos a frecuencias inferiores a 400 Hz, pero marginalmente amplifica ( 400 Hz) es menor que la del guante 1, como tambin se muestra enla Fig.13. Un estudio previo tambin encontr que los materiales del guante 1 fueron ms efectivos para atenuar vibraciones de alta frecuencia(Xuet al.,2011).Estas observaciones sugieren que el criterio dedo de guante se define enla norma ISO 10819, 1996yISO 10819, 2013no est bien fundada.Aunque los resultados de este estudio sugieren que es poco probable que reduzca significativamente la vibracin dedo transmitidas usando cualquier guante prctico, no es necesario exigir los mismos materiales para cada parte del guante anti-vibracin.Esto, sin embargo, no significa que un guante de dedo completo no es la mejor opcin, ya que, adems de su atenuacin de la vibracin de alta frecuencia, el guante dedo completo puede tambin proporcionar algunos otros beneficios tales como mantener los dedos calientes y secos, reduccin de la friccin en la piel, y la proteccin de los dedos de los cortes y abrasiones.Por otro lado, es excesivo exigir que los guantes anti-vibracin deben ser completamente dedos.Se requiere destreza de los dedos suficiente en algunos puestos de trabajo, tales como la colocacin de remaches en el mantenimiento de aeronaves, y es imposible de realizar algunas tareas con un guante de dedo completo no slo para la eficiencia de trabajo, sino tambin para la seguridad en algunos casos.Si la tarea no se puede modificar para que sea factible el uso de un guante de dedo completo, un guante de dedo parcial vibraciones reductor puede ser una opcin mejor que una mano desnuda, lo que al menos puede mantener la parte central de la mano clida y proporcionar alguna otra proteccin.Excluyendo estos guantes de antivibracin designacin guante en la norma podra desalentar a hacer la mejor eleccin para este tipo de situaciones.Permitir diferentes materiales, los mtodos (por ejemplo vejiga de aire o burbujas en comparacin con gel viscoelstico o material de los guantes tradicionales para el calor etc.), y espesores de materiales para los dedos y la palma pueden ofrecer mejores posibilidades para optimizar el diseo de los guantes de vibracin-reductor.Por ejemplo, la estrategia de relleno de gel de guante 1 puede ser ventajoso para herramientas de mayor frecuencia en las puntas de los dedos, mientras que la cmara de aire puede ofrecer ventajas a la porcin proximal de los dedos y la palma.4.3.4.Comentarios adicionales sobre la seleccin de guantesTeniendo en cuenta la gran mayora de las herramientas de mano con motor generando sus vibraciones dominantes a menos de 250 Hz(Griffin,1.990yGriffin,1.997),los resultados de este estudio sugieren que es muy difcil de encontrar o hacer un guante que podra reducir las vibraciones transmitida a los dedos en esta gama de frecuencias.Por lo tanto, las estrategias para la reduccin de la vibracin de dedo transmitida debe depender principalmente en el desarrollo y / o la seleccin de mejores herramientas de vibracin, manijas, o adaptadores de suspensin (suspendidosDong et al.,2009).Una vez que la transmisibilidad en la palma de un guante cumple el criterio de alta frecuencia crtica de la norma(ISO10819, 1.996yISO 10819,2013), se puede pagar mayor atencin al dedo y la mano comodidad, en contacto con la reduccin del estrs, minimizando el aumento esfuerzo de agarre y destreza de los dedos en la seleccin del guante.Si es posible, una combinacin de una mejor herramienta y un guante apropiado se considera generalmente como una mejor estrategia.Sin embargo, la seleccin de los guantes no tiene que ser hecha entre los guantes anti-vibracin certificados.Por ejemplo, en los casos de baja frecuencia herramientas (