Acta Universitatis Palackianae Olomucensis. Gymnica (Feb 2006)
2D miniplatforma pro měření síly vyvíjené na klávesnici počítače 2D miniplatform for measuring force at a computer key button
Abstract
V souvislosti s používáním počítačů v zaměstnání i doma se začínají objevovat zdravotní problémy související se psaním na počítači, způsobené většinou držením těla jednotlivce, opakovanými pohyby horních končetin, jimi vyvíjenou silou atd. Od začátku 90. let 20. století již bylo provedeno několik studií s cílem pochopit příčiny těchto zdravotních problémů. Hlavním cílem této práce je vytvoření silové platformy pro měření síly vyvíjené prstem na klávesnici při psaní na počítači. Tato platforma bude využívána v aplikacích biomechaniky a motorické kontroly. Byla vyvinuta a vyrobena za účelem měření vertikální síly Fz (směr z), horizontální síly Fx (směr x), transversální síly Fy (směr y) a momentu aplikovaného v horizontální (a podélné) ose Mx (směr x). Jako senzory byly použity odporové tenzometry umístěné na konzolovém nosníku. Tyto senzory jsou za účelem nezávislého měření Fx, Fy a Mx připojeny na plný Wheatstonův můstek. Pro účely rozvoje byla silová platforma vyhodnocována a testována pomocí numerického modelu (metodou konečných prvků). Systém získávání dat se skládá z (a) počítače pro sběr a další zpracování informací získaných pomocí (b) měniče proudu, (c) zařízení upravujícího signál a (d) softwaru SAD 2.0. Statická kalibrace silové platformy vykazovala lineárnost v rozmezí 3 %. Dynamické zkoušky prokázaly, že platforma má základní frekvenci vyšší než 2300 Hz a že tudíž může být použita pro analýzu sil vyvinutých při psaní. By the usage of computers, both at work and home, health problems due to typing started appear, mostly by the individual's posture, upper limbs repetitive movements, forces, etc. Several studies for understanding the causes for these health problems have been carried out since the early 90’s. The main objective of this work is the development of a force platform to measure the finger's applied force at the keyboard during computer typing. This platform will be used in Biomechanics and Motor Control applications. It was designed and built in order to measure vertical force Fz (z direction), horizontal force Fx (x direction) and transversal force Fy (y direction) and the moment applied in the horizontal (and longitudinal) axis Mx (x direction). Resistance strain gauges were used as sensors bonded in cantilever beams. These sensors are connected to a Wheatstone full bridge, in order to measure, independently Fx, Fy and Mx. To developing the conception adopted, the force platform was evaluated and tested by a numerical model (finite elements technique). The data acquisition system is composed by (a) a computer, to acquire and further processing the collected information by (b) an A/D converter, (c) a signal conditioner and (d) the software SAD 2.0. The static calibration of the force platform presented linearity within the range of 3%. Dynamic tests showed that the platform has a fundamental frequency higher than 2300 Hz, and consequently permits its use for analysis of the applied forces during typing.
