Articles

Teoria wydajności wózka inwalidzkiego

Wyniki tego analitycznego badania wydajności wózka inwalidzkiego mogą być podsumowane w dwóch równaniach projektowych wózka inwalidzkiego, lub zasadach kciuka, jak opracowano w artykule. Równanie zawierające istotne parametry związane z wyskakiwaniem wózka inwalidzkiego na krawężnik jest następujące: fh = 0.8 mg theta c.g. gdzie fh jest siłą działającą na obręcz, m jest masą wózka inwalidzkiego + użytkownika minus tylne koła, g jest przyspieszeniem grawitacyjnym (9.807 m/s2), a theta c.g. jest „kątem c.g.”, tj. kątem pomiędzy pionem przechodzącym przez tylną oś a linią łączącą tylną oś i środek ciężkości systemu. Równanie pokazuje, że zmniejszenie masy i/lub kąta c.g. sprawi, że łatwiej będzie wykonać wheelie. Kąt c.g. jest redukowany poprzez przesunięcie tylnej osi do przodu na wózku. Równowaga wheelie jest innym aspektem wydajności branym pod uwagę; gdzie użytkownik balansuje wózkiem na tylnych kołach, aby zjechać z krawężników lub po prostu dla zabawy. Łatwość, z jaką system może być kontrolowany (zrównoważony) jest związana ze stabilnością statyczną systemu. Stabilność statyczna jest definiowana jako: omega 2 = mgl/J gdzie J jest masowym momentem bezwładności w środku ciężkości systemu w kierunku prostopadłym do ramy bocznej. Dla lepszej kontroli wózka inwalidzkiego podczas balansowania wózkiem należy zmniejszyć stabilność statyczną. Pomiary wartości biegunowego masowego momentu bezwładności dla typowego wózka inwalidzkiego + użytkownika o masie m = 90 kg wykazały, że wynosi on J = 8,7 kg-m2. W celu zmniejszenia wartości stateczności statycznej, równanie , można zwiększyć J lub zmniejszyć m i/lub l, gdzie l jest odległością od tylnej osi do środka ciężkości układu. Wykazano również, że wyważanie drążka w dłoni (odwrócone wahadło) jest problemem matematycznym podobnym do problemu wyważania wózka inwalidzkiego, a drążek o długości 1,56 m jest zbliżony do masy układu wózek inwalidzki + użytkownik 90 kg. Jednak balansowanie drążkiem odbywa się głównie za pomocą percepcji wzrokowej, podczas gdy balansowanie wózkiem inwalidzkim angażuje proprioceptory stawów człowieka oraz percepcję wzrokową i przedsionkową (ucho wewnętrzne). Tak więc, prosty test polegający na określeniu najkrótszej długości pręta, który można utrzymać w dłoni (plus pomiar zdolności siłowej obręczy dłoni i prostego czasu reakcji) może wskazać, czy użytkownik wózka inwalidzkiego będzie miał łatwość w utrzymaniu równowagi na wózku.