수동 휠체어용 추가 모듈의 설계 인터페이스에 대한 인체공학적 지침: 시상면

May 17, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11993(2023) 이 기사 인용

상지로 작동되는 휠체어 추진 시스템을 설계할 때 수동 조작 제어 장치를 설치할 수 있는 휠체어 프레임의 영역을 알려주는 인체공학적 분석이 눈에 띄게 부족합니다. 이를 염두에 두고 수동 휠체어의 구조적 요소로 정의된 영역 내에서 인간의 손이 닿는 영역을 측정하는 연구 목표가 설정되었습니다. 인체공학적 분석은 인체 측정 치수의 50%를 대표하는 10명의 환자 그룹에 대해 수행되었습니다. 측정에는 openCV 라이브러리 기반의 모션 캡처 및 이미지 분석 소프트웨어가 사용되었습니다. 수행된 연구를 통해 시상면과 평행한 휠체어 측면 평면의 손 범위 맵이 개발되었습니다. 또한 지도는 다양한 수준의 손 조작 편의성을 고려하여 세 가지 손 닿기 영역으로 나누어졌습니다. 총 손 도달 영역은 길이 1269mm, 높이 731mm였으며, 가장 편안한 조작 영역은 길이 352mm, 높이 649mm였습니다. 표시된 손 도달 영역은 사용자가 조작하는 추가 액세서리를 시상면에서 설치할 수 있는 위치를 디자이너에게 알려주는 지도 역할을 합니다.

휠체어는 그것을 작동하는 인간과 함께 가장 중요한 기능, 즉 움직이는 능력을 포함하여 장애로 인해 제한되는 인체 기능을 휠체어가 대체하는 인류공학적 시스템을 만듭니다. 이를 위해 휠체어에는 전기 또는 수동 추진 시스템이 장착되어 있습니다. 수동 추진 시스템 그룹에서 가장 널리 사용되는 시스템은 사용자의 상지1,2,3에 의해 구동되는 푸시 추진 시스템입니다. 푸시림 드라이브의 심플한 디자인은 근육 활동을 증가시키면서 사용 편의성을 제공합니다. 심플한 디자인은 고장 없는 작동과 사용 용이성을 의미할 뿐만 아니라 특히 휠체어를 사용하여 언덕을 오를 때4,5 또는 도시가 아닌 지역에서 이동할 때6 많은 노력을 필요로 합니다.

수동 추진 시스템의 단순한 디자인과 다양성으로 인해 널리 사용됩니다. 휠체어 제조업체는 단점을 제거하고 가용성을 높이기 위해 효율성을 높이는 여러 가지 수정 사항을 도입합니다. 수정에는 핸드림 구조 변경7뿐만 아니라 수동 추진 시스템8,9을 지원하는 추가 모듈을 사용하여 개별 휠체어를 개조하는 작업도 포함됩니다. 제조업체가 설치한 추가 모듈은 대부분 뒷바퀴 내부, 휠체어 프레임 측면에 위치하며 사용자가 추가로 처리해야 합니다. 예를 들어8(그림 1) 롤백 방지 시스템은 뒷바퀴 가까이에 장착되고 켜기/끄기 레버(a)는 추진 주기를 끝내는 손과 충돌할 수 있는 위치에 있습니다10,11 ,12.

(a)로 표시된 제어 레버의 위치와 함께 푸쉬림 추진력을 갖춘 휠체어에 장착된 롤백 방지 시스템의 프로토타입.

FreeWheel 모듈을 사용할 때 다른 문제가 발생합니다(그림 2). 휠체어 앞부분에 장착되어 푸쉬림을 미는 손과 부딪히지 않습니다. 단, 모듈의 위치상 사용자의 몸통을 굽혀서 동작해야 합니다. 일부 휠체어 사용자의 경우 허리 및 복부 근육의 마비로 인해 몸통 안정성이 부족하여 이것이 불가능합니다.

Spokz에서 배포한 FreeWheel 추가 캐스터 휠 모듈.

추가 모듈 시장을 분석한 결과, 수행되는 기능에 따라 휠체어 프레임의 다른 위치에 장착되는 것으로 나타났습니다. 종종 그 위치는 추진 시스템의 회전하는 손으로 밀어지는 요소에 매우 가깝습니다. 더욱이 휠체어 장착형 모듈은 다양한 길이의 인체 운동 사슬을 포함하는 핸들링이 필요하며13 극단적인 경우 휠체어 좌석의 안정성 부족으로 인해 안정성이 상실될 수 있습니다14. 위와 같은 이유로 추가 모듈을 설계할 때 인체공학적 측면을 고려해야 한다고 결정했습니다15. 휠체어의 이동성에 대한 기준 중 하나는 사용자의 신체적 특징에 대한 조정이기 때문에 이는 매우 중요합니다16. 현재 인체 측정 지도17는 설계 단계에서 일반적으로 사용됩니다. 그러나 기술 장치를 작동하는 데 사용되는 인체의 운동 사슬 길이에 따라 기술 장치 사용의 편안함을 결정하는 기준이 눈에 띄게 부족합니다. 사용 편의성에 대한 유일한 연구는 푸시 추진력과 관련된 좌석 위치가 휠체어 운전 편의성에 미치는 영향을 분석하는 것입니다18. 또한, 휠체어의 신체 위치와 휠체어 프레임의 기하학적 특징과 상지의 도달 범위를 연결하는 연구가 눈에 띄게 부족합니다. 이용 가능한 연구 중에는 휠체어 구성이 이동성에 미치는 영향을 설명하는 연구19 또는 휠체어에서 수행되는 활동의 유형과 빈도를 분석하는 연구가 있습니다20.