Erfassung heterogener passiver Anwendereigenschaften und deren Abbildung in einem einstellbaren Hand-Arm Modell am Beispiel eines Impulsschraubers = Acquisition of user’s heterogeneous biodynamic response and possibilities to model those in an adjustable hand-arm model using the example of an impulse wrench

Power-Tools stehen in direkter Interaktion mit dem Anwender. Bei der entwicklungsbegleitenden Validierung von Power-Tools ist die Berücksichtigung dieser Wechselwirkungen unabdingbar, da sie Einfluss auf alle auszulegenden Systemkomponenten haben. Ein Teil dieser Wechselwirkungen besteht aus Interaktionen, die den passiven Anwendereigenschaften entspringen. Diese resultieren aus dem mechanisch-dynamischen Verhalten des Anwenders und können somit durch den Anwender selbst nur indirekt beeinflusst werden. Innerhalb dieser Arbeit wird durch Untersuchungen am Bohrhammer und am Impulsschrauber beispielhaft gezeigt, dass die veränderlichen passiven Anwendereigenschaften einen Einfluss auf die Beanspruchung von Power-Tools in manuellen Tests während der Hauptfunktionserfüllung haben können. ... mehrDie passiven Anwendereigenschaften werden hierfür durch Variation des Probanden, der Haltung und der Greif- und Andruckkraft unter Nutzung entwickelter Untersuchungsmethoden in Versuchen reproduzierbar verändert. Des Weiteren wird am Beispiel des Impulsschraubers eine Methode entwickelt, mit der die passiven Anwendereigenschaften erstmals direkt am Power-Tool in verschiedenen Haltungen des Anwenders in einer Drehbewegung untersucht und über die Impedanz in Betrag und Phase quantifiziert werden können. Ergebnis der auf dieser Methode basierenden Untersuchungen ist, dass bei der Nutzung eines Impulsschraubers Haltung, Greifkraft und Proband sowohl den Betrag als auch die Phase der Impedanz des Hand-Arm Systems verändern. Da nicht reproduzierbare Wechselwirkungen, wie sie durch die Heterogenität der passiven Anwenderinteraktionen in entwicklungsbegleitenden manuellen Tests auftreten, zu Unsicherheiten und späten Iterationen in der Entwicklung führen, wird ein Ansatz vorgestellt, der diese Interaktionen in einem schwingungstechnisch gleichwertigen Modell abbildet. Die über den Stand der Forschung hinausgehende Neuerung dieses Ansatzes besteht dabei in der Möglichkeit, die Heterogenität der passiven Anwendereigenschaften in einer Drehung zur Unterarmachse in einem physischen Modell abzubilden. Es wird gezeigt, dass ein rotatorisch wirkendes physisches Hand-Arm Modell, das auf einem Zweimassen-Schwinger basiert, durch den Einsatz veränderlicher Steifigkeiten, Dämpfungen und Massenträgheitsmomente dazu genutzt werden kann, die Heterogenität der passiven Anwendereigenschaften bei einer Anregungsfrequenz von 23 Hz in Grenzen zu modellieren.

Power tools have direct interactions with the user. During the development-related validation of power tools, the consideration of these interactions is essential, since they have influence on all system components to be developed. A part of the interactions is induced by the passive user behavior, i.e. they result from the user’s biodynamic response and are only indirectly influenced by the user. In this thesis, investigations on a hammer drill and an impulse wrench are used as an example to demonstrate that the variable passive user behavior can have an influence on the strain of power tools in manual tests during the main function fulfillment. ... mehrThe passive user behavior is therefore reproducibly changed by changing the subject, the posture and the gripping and pressing force using developed testing methods. Using the impulse wrench as an example, a method has been developed which allows for the first time to investigate and quantify the passive user behavior in different positions by impedance in magnitude and phase in rotational movements at the handle of a power tool. The result of the investigations based on this method is that posture, gripping force and test person change the magnitude as well as the phase of the impedance of the hand-arm system when using an impulse wrench. Since non-reproducible interactions, such as those caused by the heterogeneity of passive user interactions in manual tests during development, can lead to uncertainties and late iterations in development, an approach is presented to reproduce these interactions in a model which is equivalent in terms of dynamical properties. Beyond the state of the art, the improvement of this approach is the possibility to reproduce the heterogeneity of the passive user behavior in a rotation to the forearm axis by a physical model. It is shown that a rotational physical hand-arm model based on a dual-mass oscillator can be used within limits by using variable stiffness, damping and inertia to reproduce the heterogeneity of passive user behavior at an excitation frequency of 23 Hz.