Estudio Biomecánico de la Mano durante el Agarre de

ORP2004 - 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
Estudio Biomecánico de la Mano Durante el
Agarre de Herramientas Manuales: Datos
Antropométricos Preliminares
Mosquera Camelo, Leonardo
Centre d’Ergonomia i Prevenció / Universitat Politècnica de Catalunya
Av. Diagonal, 647, pl. 10 / 08028 Barcelona, España
+34 93 405 44 70 / [email protected]
Guedez, Víctor
Departamento de Ingeniera Mecánica / Universidad de los Andes-Mérida /
Venezuela / [email protected]
ABSTRACT
El Laboratorio de Biomecánica del Centre d’Ergonomia i Prevención de la Universitat
Politècnica de Catalunya lleva a cabo un estudio biomecánico destinado a analizar el
trabajo que realiza la mano durante el uso de herramientas. Los factores a analizar son
la antropometría, la fuerza y la postura.
La finalidad de este estudio es contrastar los datos obtenidos con los datos de estudios
internacionalmente reconocidos y que usualmente se usan como referencia a la hora
de analizar el trabajo con herramientas manuales ante la imposibilidad de contar con
estudios propios. El proyecto incluye análisis antropométricos, electromiográficos y
dinamométricos de la mano en una población de 200 personas, los datos que se
esperan obtener son: medidas antropométricas de la población de estudio, valores de
fuerza de agarre máximos y su relación con el tiempo de aplicación, así como las
posturas óptimas de la mano para el agarre de herramientas.
Este paper aborda puntualmente el apartado de antropometría del estudio, de esta
forma describe la metodología utilizada para la medición (registro de medidas tomadas
mediante capturas de imágenes digitales de las manos) y publica los resultados del
análisis preliminar de las primeras 48 muestras recolectadas.
Palabras clave
Biomecánica, antropometría, herramientas manuales, condiciones de trabajo, diseño
de puestos de trabajo.
ORP2004 - 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
INTRODUCCIÓN
El diseño eficaz de todo producto, en especial las herramientas manuales,
conlleva la aplicación de muchas consideraciones relativas a amplios y diversos campos
científicos y técnicos, las cuales juegan un papel importante a la hora de determinar
los requisitos que se han de aplicar al diseño; sobre todo cuando se considera el uso
que se le dará a esa herramienta. Por otro lado, se ha demostrado que la estrecha
relación entre las personas y las herramientas manuales afecta directamente a la
seguridad laboral y la productividad, por lo que un diseño eficaz más que un factor a
considerar es un requisito a cumplir.
La ergonomía, por medio de la antropometría, la biomecánica y otras disciplinas
afines deberán aplicarse con el fin de lograr la estrecha relación persona-herramienta.
Los principios de la ergonomía que han de considerarse a la hora de establecer los
criterios de diseño, son los factores anatómicos, antropométricos, mecánicos, físicos,
es decir, biomecánica aplicada.
En ergonomía, la valoración biomecánica de las tareas que emplean
herramientas manuales se ve muchas veces afectada por la poca accesibilidad a
equipos especializados de medición; el alto coste de estos así como la complejidad en
su uso hace que la evaluación que se realiza de las herramientas sea en gran medida
basada en métodos subjetivos (cuestionarios técnicos o check list), muchas veces lo
único que se tiene a mano son estudios internacionales en los cuales se presentan
datos que se consideran como patrones o referencias validas sin tener la certeza si
estos datos realmente se ajustan a la población objetivo.
Entre los factores más importantes a considerar en el uso de las herramientas
de mano están la fuerza y la repetitividad, generalmente a la hora de evaluarlos se
recurre a tomar como patrón de análisis estudios internacionales que hablan de valores
máximos de fuerzas de agarre, posturas óptimas o curvas de fatiga. Se consideran
validos al no poder contar con estudios propios que puedan contrastar estos datos, o
que simplemente confirmen que la población analizada realmente responde a los datos
suministrados por estos estudios.
Considerando lo mencionado anteriormente desde el Laboratorio de
Biomecánica del Centre d’Ergonomia i Prevenció de la Universitat Politècnica de
Catalunya se a comenzado un proyecto de investigación dirigido a aportar nuevos
datos relacionados con los factores de fuerza y repetitividad en el uso de herramientas
manuales. Este estudio contempla el análisis antropométrico de la mano y la medición
de la fuerza mediante electromiografía (análisis de fuerzas musculares internas) y
dinamometría (análisis de fuerzas musculares externas) considerando diferentes
posturas de agarre.
La investigación contempla el análisis de una muestra mínima de 200 personas,
a la fecha el estudio se encuentra al 25%, es por esta razón que este paper se
centrará en el apartado antropométrico y aportará datos preliminares de la población
analizada, posteriormente el Centre d’Ergonomia i Prevenció publicará los resultados
definitivos del estudio.
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OBJETIVOS
ƒ
Generar una tabla de valores antropométricos preliminares de algunas
dimensiones básicas de la mano, útiles a la hora de analizar la forma de
agarre de las herramientas.
ƒ
Aplicar un método de medición de la mano mediante la captura de imágenes
digitales de esta y su posterior análisis.
METODOLOGIA DEL ESTUDIO
Datos Generales del Estudio:
Población:
22 Hombres
24 Mujeres
Edad:
Entre 20 y 30 años
Nacionalidad:
Española
Chilena
Italiana
Holandesa
Antecedentes:
Ninguna de las personas presenta antecedentes de patologías de
tipo muscular, óseo o tendinoso en la extremidad superior.
Equipo utilizado:
Para la medición
Escáner HP Scanjet 4600
Aplicación Informática Autocad 2004
Equipo utilizado:
Para el análisis
De datos
Microsoft Excel XP
Observaciones:
Al hacer el registro de cada individuo se tuvo en cuenta de
analizar la mano dominante siendo en un 98% de los casos la
mano derecha la analizada.
39
3
3
1
El estudio antropométrico se divide en dos apartados bien diferenciados, por
una parte la técnica de toma de datos que se realizo mediante un procedimiento de
captura de imágenes digitales de la mano y en segundo lugar el procedimiento de
análisis y generación de resultados.
Procedimiento de toma de datos:
La toma de datos se hizo mediante la técnica de escaneo digital de la mano,
este procedimiento se realizó con un escáner de alta resolución y un ordenador en el
que con el software de diseño Photoshop 7 se procesaron las imágenes digitalizadas.
Para la grabación de la mano se pidió a los individuos apoyar la mano en
pronación sobre el cristal del escáner, con los dedos rectos y juntos, se tuvo especial
cuidado que la postura no adoptara desviaciones radiales o cubitales.
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Las medidas antropométricas que se contemplaron en el estudio se señalan a
continuación en la figura 1.
Figura1. Postura de escaneo de las manos y medidas contempladas en el
estudio
Las imágenes fueron escaneadas en escala real 1:1 y con una resolución de 400
ppp (pixels por pulgada) para luego ser procesadas con el software de diseño Autocad
2004, mediante esta aplicación informática fue posible tomar medidas exactas sobre
imágenes digitales.
Generación de resultados:
El paso siguiente luego de haber realizado todas las mediciones fue generar las
tablas de datos para lo cual se utilizo el programa Microsoft Excel XP. Se utilizo el
módulo de estadística de este programa para calcular la media y la desviación estándar
de la muestra, datos necesarios para generar la tabla de percentiles, es importante
aclarar que la muestra se dividió en dos grupos diferenciados por sexo. Finalmente se
elaboraron gráficas de distribución normal de los datos para cada variable analizada.
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RESULTADOS
Media de la muestra
Media población masculina
Edad
Longitud de la mano
Longitud palmar
Longitud del pulgar
Ancho de la mano
Ancho del pulgar
22,82
18,35
10,58
6,28
10,45
8,25
Tabla 1
Media población femenina
Edad
Longitud de la mano
Longitud palmar
Longitud del pulgar
Ancho de la mano
Ancho del pulgar
23,22
17,85
10,22
6,13
9,54
7,63
Tabla 2
Desviación estándar
Longitud de la mano
Longitud palmar
Longitud del pulgar
Ancho de la mano
Ancho del pulgar
Longitud de la mano
Longitud palmar
Longitud del pulgar
Ancho de la mano
Ancho del pulgar
Desviación estándar población
masculina
1,705
1,163
0,669
0.975
0,808
Tabla 3
Desviación estándar población
femenina
0,921
0,608
0,504
0.507
0,221
Tabla 4
ORP2004 - 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
Tabla de percentiles
Percentiles – hombres
P5
P10
P20
P30
P40
P50
P60
P70
P80
P90
P95
Longitud
de la
mano
15,55
16,16
16,91
17,46
17,92
18,35
18,78
19,24
19,79
20,54
21,15
Longitud
palmar
8,67
9,09
9,60
9,97
10,29
10,58
10,87
11,19
11,56
12,07
12,49
Longitud
del
pulgar
5,18
5,42
5,72
5,93
6,11
6,28
6,45
6,63
6,84
7,14
7,38
Ancho
de la
mano
8,85
9,20
9,63
9,94
10,21
10,45
10,69
10,96
11,27
11,70
12,05
7,21
7,57
7,83
8,05
8,25
8,45
8,67
8,93
9,29
9,58
Ancho
palmar
6,92
Tabla 5
Percentiles – mujeres
P5
P10
P20
P30
P40
P50
P60
P70
P80
P90
P95
Longitud
de la
mano
16,33
16,67
17,07
17,37
17,62
17,85
18,08
18,33
18,63
19,03
19,37
Longitud
palmar
9,22
9,44
9,71
9,90
10,07
10,22
10,37
10,54
10,73
11,00
11,22
Longitud
del
pulgar
5,30
5,48
5,71
5,87
6,00
6,13
6,26
6,39
6,55
6,78
6,96
Ancho
de la
mano
8,71
8,89
9,11
9,27
9,41
9,54
9,67
9,81
9,97
10,19
10,37
Ancho
palmar
7,28
7,36
7,45
7,52
7,58
7,63
7,68
7,74
7,81
7,90
7,98
Tabla 6
ORP2004 - 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
Graficas de distribución normal de los datos (Hombres)
Las siguientes tablas representan las curvas de distribución normal para cada una de
las variables analizadas, en el eje X se representan los valores del intervalos calculados
mediante la media y la desviación estándar, en el eje Y se representa la función de
probabilidad evaluada en X.
0,25
0,2
Y
0,15
0,1
0,05
0
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Variable aleaotoria normal (X)
Tabla 7. Longitud de la mano
0,4
0,35
0,3
Y
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 8. Longitud palmar
0,7
0,6
0,5
Y
0,4
0,3
0,2
0,1
0
4
5
6
7
8
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 9. Longitud del pulgar
9
ORP2004 - 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
0,45
0,4
0,35
0,3
Y
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
7
8
9
10
11
12
13
14
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 10. Ancho de la mano
0,6
0,5
Y
0,4
0,3
0,2
0,1
0
5
6
7
8
9
10
11
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 11. Ancho palmar
Graficas de distribución normal de los datos (Mujeres)
Las siguientes tablas representan las curvas de distribución normal para cada una de
las variables analizadas, en el eje X se representan los valores del intervalos calculados
mediante la media y la desviación estándar, en el eje Y se representa la función de
probabilidad evaluada en X.
0,45
0,4
0,35
0,3
Y
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
14
14,5
15
15,5
16
16,5
17
17,5
18
18,5
19
19,5
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 12. Longitud de la mano
20
20,5
21
ORP2004 - 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
0,7
0,6
0,5
Y
0,4
0,3
0,2
0,1
0
8
9
10
11
12
13
Variable aleatoria normal ( X)
Tabla 13. Longitud palmar
0,9
0,8
0,7
0,6
Y
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
11
11,5
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 14. Longitud del pulgar
0,9
0,8
0,7
0,6
Y
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 15. Ancho de la mano
ORP2004 - 3rd International Conference on Occupational Risk Prevention
2
1,8
1,6
1,4
Y
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
6,8
7
7,2
7,4
7,6
7,8
8
8,2
8,4
Variable aleatoria normal (X)
Tabla 16. Ancho palmar
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Brand, P.; Hollister, A. (1985). Clinical Mechanics of the hand. Mosty Year Book
2. Chaffin, Don B; Andersson, Gunnar B.J.; Martin, Bernard J (1999). Occupational
biomechanics. ISBN: 0-471-24697-2
3. Damon, A.; Stoudt, H.; McFarland, R. (1977). The human body in equipment
desing. Harvard University Press
4. Mondelo, P.; Gregori, E.; Barrau, P. (1999). Relaciones dimensionales, en
Ergonomía 1 Fundamentos. ISBN: 84-8301-315-0
5. Mondelo, P.; Gregori, E.; Blasco, J.; Barrau, P. (1999). Ergonomía 3 Diseño de
puestos de trabajo. ISBN: 84-8301-317-7
6. Mosquera, L.; Hernández, A.; Tarragona, S.; Álvarez, E. (2002). Computing of
biomechanical efforts at workplaces using digital images: some fallouts for
workplace redesign. Second International Conference on Occupational Risk
Prevention Proceedings, Gran Canaria. ISBN: 84-931134-8-4