Customizing Paralympic rowing equipment

Abstract

Denne oppgaven omhandler hvordan produktutvikling og en iterativ prototypeprosess har blitt brukt til å utvikle og produsere routstyr for Birgit Skarstein, hvor det overordnede målet har vært å forbedre hennes ytelser innen paralympisk roing. Når utstyr skal designes for maksimal ytelse, er det viktig å forstå hvilke parametere som påvirker ytelse i størst mulig grad. Med dette utgangspunktet, ble seteposisjon valgt ut som en parameter å optimalisere. Første del av oppgaven dreier seg om tidlig prototype-arbeid knyttet til utvikling av et sete for romaskin med store justeringsmuligheter. Prototypen ble brukt i et lavterskel eksperiment med utøveren, som ga lovende resultater. Arbeidet knyttet til eksperimentet er blitt dekket av en konferanse-artikkel som er gjengitt i sin helhet i kapittel 3.

De positive resultatene fra det første eksperimentet banet vei for et nytt eksperiment, hvor målet var å teste flere seteposisjoner, og oppnå økt forståelse for hvordan sittestillingen påvirker ytelsen. Et nytt eksperiment ble designet, hvor flere målinger blir implementert – både fysiske og fysiologiske. Resultatene viste en sterk forbedring i ytelse sammenlignet med tidligere sitteposisjon, hvor målt effekt ble forbedret med 39,7%. Dette eksperimentet førte til et utkast til en journalartikkel, gjengitt i sin helhet i kapittel 4.

Det ble foreslått at alle komponenter burde redesignes med ergonomi, passform og brukerprefereanser i fokus. For å være i stand til å igangsette en iterativ prototypeprosess med høy grad av designfrihet av høyoppløste prototyper ble det besluttet å benytte 3D printing fremfor mer tradisjonelle produksjonsmetoder. En innledende materialtest ble utført på ulike høyytelse polymerer for 3D printing. For å være i stand til å printe slike materialer, var det nødvendig med en ny 3D printer ettersom ingen av 3D printerne på universitet var i stand til å printe slike materialer. Dette ble løst ved å modifisere en billig printer. Modifikasjonen av 3D printeren er dekket i oppgaven av et utkast til en forskningsartikkel i kapittel 7.

Med ny oppgradert 3D printer, ble flere iterasjoner av ny setekonstruksjon for skullen produsert. Disse komponentene ble testet sammen med utøver på ro-ergometer for å forsikre at passform på komponentene var korrekt, samt for å samle data for ytterligere modifikasjoner og justeringer. Videre ble en siste revisjon av setekonstruksjonen produsert basert på mål og tilbakemeldinger fra utøver, før komponentene ble sendt til utøveren for bruk på treningsleir.

Foreløpige resultater fra testing på vann innebærer en test med redusert varighet, hvor tiden har blitt ekstrapolert for å tilsvare et løp på 2000 meter, som er standard konkurransedistanse. Denne estimerte tiden var på 8 minutter og 45 sekunder, hvilket er 1 minutt og 28 sekunder raskere enn nåværende verdensrekord satt av Birigit Skarstein i 2018.

The work presented in this thesis deals with how product development and an iterative prototyping process have been used to develop and produce rowing equipment for Birgit Skarstein, where the overall goal has been to improve her performance in Paralympic rowing. When designing equipment for maximal performance, investigating the best performing parameters is necessary to provide an optimal design. With this aim, a study investigating the effect of seating positions using a rowing ergometer was conducted. The first part of the thesis is about early prototype work related to the development of a seat for a rowing ergometer with large adjustment possibilities. The prototype was used in a preliminary experiment with the athlete, which yielded promising results. The work related to the experiment has been covered by a conference article shown in Chapter 3.

The positive results from the first experiment paved the way for a new experiment, where the goal was to test multiple seating positions, and gain better understanding of how the seating position affects performance. A new experiment was designed, where several measurements were implemented - both physical and physiological. The results showed a strong improvement in performance compared to previous seating position, where measured power was improved by 39.7%. This experiment led to a white paper for a journal article, shown in Chapter 4.

It was suggested that all parts should be re-designed with ergonomics, proper fitment and user preferences in focus. While designing new components, traditional production methods were not capable of providing the desired design freedom. An initial material test was performed on various high-performance polymers for 3D printing. To be able to print such materials, a new 3D printer was needed as none of the university’s 3D printers were able to print such materials. This was solved by modifying a cheap printer. The modification of the 3D printer is covered in another white paper for a research article in Chapter 7.

With the upgraded 3D printer, several iterations of the new seat assembly for the scull were produced. These components were tested by the athlete on a rowing ergometer to ensure correct fitment of the components, as well as to collect data for further modifications and adjustments. A final revision of the seat assembly was then produced based on measurements and feedback from the athlete, before being sent to the athlete for use at a training camp.

Preliminary results from testing on water involve a test of reduced duration, where the elapsed time has been extrapolated to correspond to a run of 2000 meters, which is the standard competitive distance. This estimated time was 8 minutes and 45 seconds, which is 1 minute and 28 seconds faster than the current world record set by Birigit Skarstein in 2018.