Comúnmente, una herramienta comprende una cabeza y un mango, a veces con un eje o, en el caso de una herramienta eléctrica, un cuerpo. Dado que la herramienta debe cumplir con los requisitos de múltiples usuarios, pueden surgir conflictos básicos que deben resolverse con compromiso. Algunos de estos conflictos derivan de limitaciones en las capacidades del usuario y otros son intrínsecos a la propia herramienta. Debe recordarse, sin embargo, que las limitaciones humanas son inherentes y en gran parte inmutables, mientras que la forma y función de la herramienta están sujetas a una cierta cantidad de modificación. Por lo tanto, para efectuar el cambio deseado, la atención debe dirigirse principalmente a la forma de la herramienta y, en particular, a la interfaz entre el usuario y la herramienta, a saber, el mango.
La naturaleza del agarre
Las características ampliamente aceptadas del agarre se han definido en términos de un Agarre de poder, agarre de precisión y agarre de gancho, mediante el cual se pueden realizar prácticamente todas las actividades manuales humanas.
En un agarre de potencia, como el que se usa para martillar clavos, la herramienta se sujeta en una abrazadera formada por los dedos y la palma parcialmente flexionados, con la contrapresión aplicada por el pulgar. En un agarre de precisión, como el que se usa cuando se ajusta un tornillo de fijación, la herramienta queda atrapada entre las caras flexoras de los dedos y el pulgar opuesto. Una modificación del agarre de precisión es el agarre de lápiz, que se explica por sí mismo y se usa para trabajos complejos. Un agarre de precisión proporciona solo el 20% de la fuerza de un agarre de fuerza.
Se utiliza una empuñadura de gancho cuando no se requiere nada más que sujetar. En el agarre de gancho, el objeto está suspendido de los dedos flexionados, con o sin el apoyo del pulgar. Las herramientas pesadas deben diseñarse de modo que puedan transportarse en forma de gancho.
Grip Grip
Para empuñaduras de precisión, los espesores recomendados varían de 8 a 16 milímetros (mm) para destornilladores y de 13 a 30 mm para bolígrafos. Para agarres de fuerza aplicados alrededor de un objeto más o menos cilíndrico, los dedos deben rodear más de la mitad de la circunferencia, pero los dedos y el pulgar no deben unirse. Los diámetros recomendados varían desde 25 mm hasta 85 mm. El valor óptimo, que varía según el tamaño de la mano, es probablemente de 55 a 65 mm para los hombres y de 50 a 60 mm para las mujeres. Las personas con manos pequeñas no deben realizar acciones repetitivas en empuñaduras de fuerza de diámetro superior a 60 mm.
Fuerza de agarre y alcance de la mano
El uso de una herramienta requiere fuerza. Además de para sostener, el mayor requisito para la fuerza de la mano se encuentra en el uso de herramientas de acción de palanca cruzada, como alicates y herramientas trituradoras. La fuerza efectiva en la trituración es una función de la fuerza de agarre y la extensión requerida de la herramienta. El espacio funcional máximo entre la punta del pulgar y la punta de los dedos de agarre tiene un promedio de 145 mm para los hombres y 125 mm para las mujeres, con variaciones étnicas. Para una distancia óptima, que oscila entre 45 y 55 mm tanto para hombres como para mujeres, la fuerza de agarre disponible para una sola acción de corta duración oscila entre 450 y 500 newtons para hombres y entre 250 y 300 newtons para mujeres, pero para acciones repetitivas. el requisito recomendado probablemente esté más cerca de 90 a 100 newtons para hombres y de 50 a 60 newtons para mujeres. Muchas abrazaderas o alicates de uso común están más allá de la capacidad de uso con una sola mano, especialmente en mujeres.
Cuando el mango es el de un destornillador o una herramienta similar, el par disponible está determinado por la capacidad del usuario para transmitir fuerza al mango y, por lo tanto, está determinado tanto por el coeficiente de fricción entre la mano y el mango como por el diámetro del mango. Las irregularidades en la forma del mango hacen poca o ninguna diferencia en la capacidad de aplicar torsión, aunque los bordes afilados pueden causar incomodidad y daño eventual al tejido. El diámetro de un mango cilíndrico que permite la mayor aplicación de torque es de 50 a 65 mm, mientras que para una esfera es de 65 a 75 mm.
Manijas
Forma del mango
La forma de un mango debe maximizar el contacto entre la piel y el mango. Debe ser generalizado y básico, comúnmente de sección cilíndrica o elíptica aplanada, con curvas largas y planos planos, o un sector de una esfera, ensamblados de tal manera que se ajusten a los contornos generales de la mano que sujeta. Debido a su fijación al cuerpo de una herramienta, el mango también puede adoptar la forma de un estribo, una forma de T o una forma de L, pero la parte que entra en contacto con la mano tendrá la forma básica.
El espacio encerrado por los dedos es, por supuesto, complejo. El uso de curvas simples es un compromiso destinado a satisfacer las variaciones representadas por diferentes manos y diferentes grados de flexión. En este sentido, no es deseable introducir ningún contorno de dedos flexionados en el mango en forma de crestas y valles, estrías y muescas, ya que, de hecho, estas modificaciones no encajarían en un número significativo de manos y, de hecho, podrían, con el paso del tiempo. un período prolongado, causar lesiones por presión en los tejidos blandos. En particular, no se recomiendan rebajes de más de 3 mm.
Una modificación de la sección cilíndrica es la sección hexagonal, que tiene un valor particular en el diseño de herramientas o instrumentos de pequeño calibre. Es más fácil mantener un agarre estable en una sección hexagonal de pequeño calibre que en un cilindro. También se han utilizado secciones triangulares y cuadradas con diversos grados de éxito. En estos casos, los bordes deben redondearse para evitar lesiones por presión.
Superficie de agarre y textura
No es casualidad que, durante milenios, la madera haya sido el material elegido para los mangos de las herramientas, además de las herramientas de trituración como tenazas o abrazaderas. Además de su atractivo estético, la madera ha sido fácilmente disponible y trabajada fácilmente por trabajadores no calificados, y tiene cualidades de elasticidad, conductividad térmica, resistencia a la fricción y relativa ligereza en relación con el volumen que la han hecho muy aceptable para este y otros usos.
En los últimos años, los mangos de metal y plástico se han vuelto más comunes para muchas herramientas, estos últimos en particular para usar con martillos ligeros o destornilladores. Un mango de metal, sin embargo, transmite más fuerza a la mano y, preferiblemente, debe estar envuelto en una funda de goma o plástico. La superficie de agarre debe ser ligeramente comprimible, cuando sea factible, no conductora y suave, y el área de la superficie debe maximizarse para garantizar la distribución de la presión en un área lo más grande posible. Se ha utilizado una empuñadura de gomaespuma para reducir la percepción de fatiga y sensibilidad en las manos.
Las características de fricción de la superficie de la herramienta varían con la presión ejercida por la mano, con la naturaleza de la superficie y la contaminación por aceite o sudor. Una pequeña cantidad de sudor aumenta el coeficiente de fricción.
Longitud del mango
La longitud del mango está determinada por las dimensiones críticas de la mano y la naturaleza de la herramienta. Para un martillo que se va a usar con una mano en una empuñadura de potencia, por ejemplo, la longitud ideal oscila entre un mínimo de unos 100 mm y un máximo de unos 125 mm. Los mangos cortos no son adecuados para un agarre potente, mientras que un mango de menos de 19 mm no se puede sujetar correctamente entre el pulgar y el índice y no es adecuado para ninguna herramienta.
Idealmente, para una herramienta eléctrica, o una sierra de mano que no sea una sierra caladora o de marquetería, el mango debe adaptarse al nivel del percentil 97.5 del ancho de la mano cerrada que se introduce en él, es decir, de 90 a 100 mm en el eje largo y 35 mm. hasta 40 mm en el corto.
Peso y equilibrio
El peso no es un problema con las herramientas de precisión. Para martillos pesados y herramientas eléctricas, es aceptable un peso entre 0.9 kg y 1.5 kg, con un máximo de unos 2.3 kg. Para pesos superiores a los recomendados, la herramienta debe ser sostenida por medios mecánicos.
En el caso de una herramienta de percusión como un martillo, es deseable reducir el peso del mango al mínimo compatible con la resistencia estructural y tener el mayor peso posible en la cabeza. En otras herramientas, el saldo debe distribuirse uniformemente cuando sea posible. En herramientas con cabezas pequeñas y mangos voluminosos, esto puede no ser posible, pero el mango debe hacerse progresivamente más ligero a medida que aumenta el volumen en relación con el tamaño de la cabeza y el eje.
Importancia de los guantes
A veces, los diseñadores de herramientas pasan por alto que las herramientas no siempre se sostienen y manejan con las manos desnudas. Los guantes se usan comúnmente por seguridad y comodidad. Los guantes de seguridad rara vez son voluminosos, pero los guantes que se usan en climas fríos pueden ser muy pesados, lo que interfiere no solo con la retroalimentación sensorial sino también con la capacidad de agarrar y sujetar. El uso de guantes de lana o cuero puede agregar 5 mm al grosor de la mano y 8 mm al ancho de la mano en el pulgar, mientras que las manoplas pesadas pueden agregar hasta 25 a 40 mm respectivamente.
Manos
La mayoría de la población del hemisferio occidental favorece el uso de la mano derecha. Algunos son funcionalmente ambidiestros y todas las personas pueden aprender a operar con mayor o menor eficiencia con cualquier mano.
Aunque el número de personas zurdas es pequeño, siempre que sea factible, la instalación de mangos en las herramientas debe hacer que la herramienta sea manejable por personas diestras o zurdas (los ejemplos incluirían la colocación del mango secundario en una herramienta eléctrica o la bucles para los dedos en tijeras o pinzas) a menos que sea claramente ineficaz hacerlo, como en el caso de los sujetadores de tipo tornillo que están diseñados para aprovechar los poderosos músculos supinadores del antebrazo en una persona diestra mientras excluyen la zurda. hander de usarlos con la misma eficacia. Este tipo de limitación debe aceptarse ya que la provisión de roscas a la izquierda no es una solución aceptable.
Importancia del género
En general, las mujeres tienden a tener manos más pequeñas, agarre más pequeño y entre un 50 y un 70 % menos de fuerza que los hombres, aunque, por supuesto, algunas mujeres en el extremo del percentil más alto tienen manos más grandes y mayor fuerza que algunos hombres en el extremo del percentil más bajo. Como resultado, existe un número significativo, aunque indeterminado, de personas, en su mayoría mujeres, que tienen dificultades para manipular diversas herramientas manuales que han sido diseñadas pensando en el uso masculino, incluidos en particular martillos pesados y alicates pesados, así como para cortar metales, engarzar y herramientas de sujeción y pelacables. El uso de estas herramientas por mujeres puede requerir una función indeseable de dos manos en lugar de una sola mano. En un lugar de trabajo de género mixto, por lo tanto, es esencial garantizar que las herramientas del tamaño adecuado estén disponibles no solo para cumplir con los requisitos de las mujeres, sino también para satisfacer los de los hombres que se encuentran en el percentil bajo de las dimensiones de la mano.
Consideraciones Especiales
La orientación del mango de una herramienta, cuando sea factible, debe permitir que la mano que opera se adapte a la posición funcional natural del brazo y la mano, es decir, con la muñeca más de la mitad en supinación, abducida unos 15° y ligeramente dorsiflexionada, con el dedo meñique en flexión casi total, los demás menos y el pulgar en aducción y levemente flexionado, postura a veces denominada erróneamente posición de apretón de manos. (En un apretón de manos, la muñeca no está más que semisupinada). La combinación de aducción y dorsiflexión de la muñeca con flexión variable de los dedos y el pulgar genera un ángulo de agarre que comprende unos 80° entre el eje longitudinal del brazo y un línea que pasa por el punto central del bucle creado por el pulgar y el índice, es decir, el eje transversal del puño.
Forzar la mano a una posición de desviación cubital, es decir, con la mano doblada hacia el dedo meñique, como se encuentra al usar unas pinzas estándar, genera presión sobre los tendones, nervios y vasos sanguíneos dentro de la estructura de la muñeca y puede dar lugar a las condiciones incapacitantes de tenosinovitis, síndrome del túnel carpiano y similares. Doblando el mango y manteniendo la muñeca recta (es decir, doblando la herramienta y no la mano) se puede evitar la compresión de nervios, tejidos blandos y vasos sanguíneos. Si bien este principio ha sido reconocido durante mucho tiempo, no ha sido ampliamente aceptado por los fabricantes de herramientas o el público usuario. Tiene una aplicación particular en el diseño de herramientas de acción de palanca cruzada como alicates, cuchillos y martillos.
Alicates y herramientas de palanca cruzada
Se debe prestar especial atención a la forma de los mangos de los alicates y dispositivos similares. Tradicionalmente, los alicates han tenido mangos curvos de igual longitud, aproximándose la curva superior a la curva de la palma de la mano y aproximándose la curva inferior a la curva de los dedos flexionados. Cuando la herramienta se sostiene en la mano, el eje entre los mangos está alineado con el eje de las mordazas de los alicates. En consecuencia, en la operación, es necesario mantener la muñeca en desviación cubital extrema, es decir, doblada hacia el dedo meñique, mientras se gira repetidamente. En esta posición, el uso del segmento mano-muñeca-brazo del cuerpo es extremadamente ineficiente y muy estresante para los tendones y las estructuras articulares. Si la acción es repetitiva, puede dar lugar a diversas manifestaciones de lesión por uso excesivo.
Para contrarrestar este problema, en los últimos años ha aparecido una nueva versión de pinzas ergonómicamente más adecuada. En estos alicates, el eje de los mangos está doblado aproximadamente 45° con respecto al eje de las mordazas. Los mangos están engrosados para permitir un mejor agarre con menos presión localizada sobre los tejidos blandos. El asa superior es proporcionalmente más larga con una forma que encaja dentro y alrededor del lado cubital de la palma. El extremo delantero del mango incorpora un soporte para el pulgar. El mango inferior es más corto, con una espiga o proyección redondeada en el extremo delantero y una curva que se adapta a los dedos flexionados.
Si bien lo anterior es un cambio un tanto radical, se pueden realizar varias mejoras ergonómicamente sólidas en los alicates con relativa facilidad. Quizás el más importante, donde se requiere un agarre potente, es el engrosamiento y un ligero aplanamiento de los mangos, con un apoyo para el pulgar en el extremo de la cabeza del mango y un ligero ensanchamiento en el otro extremo. Si no es parte integral del diseño, esta modificación se puede lograr recubriendo el mango de metal básico con una funda no conductora fija o desmontable hecha de caucho o de un material sintético apropiado, y tal vez rugosa sin rodeos para mejorar la calidad táctil. La muesca de los mangos para los dedos no es deseable. Para uso repetitivo, puede ser conveniente incorporar un resorte ligero en el mango para abrirlo después de cerrarlo.
Los mismos principios se aplican a otras herramientas de palanca cruzada, particularmente con respecto al cambio en el grosor y el aplanamiento de los mangos.
Cuchillos
Para una navaja de uso general, es decir, una que no se usa para agarrar una daga, es deseable incluir un ángulo de 15° entre el mango y la hoja para reducir la tensión en los tejidos de las articulaciones. El tamaño y la forma de los mangos deben ajustarse en general a los de otras herramientas, pero para permitir diferentes tamaños de mano, se ha sugerido que se suministren dos tamaños de mango de cuchillo, a saber, uno para adaptarse al usuario del percentil 50 al 95, y otro para el percentil 5 al 50. Para permitir que la mano ejerza fuerza lo más cerca posible de la hoja, la superficie superior del mango debe incorporar un apoyo para el pulgar levantado.
Se requiere un protector de cuchillo para evitar que la mano se deslice hacia adelante sobre la hoja. El protector puede adoptar varias formas, como una espiga o proyección curva, de unos 10 a 15 mm de longitud, que sobresale hacia abajo desde el mango, o en ángulo recto con el mango, o un protector de asa que comprende un lazo de metal pesado de adelante hacia atrás. parte trasera del mango. El descanso para el pulgar también actúa para evitar el deslizamiento.
El mango debe cumplir con las pautas ergonómicas generales, con una superficie flexible resistente a la grasa.
Hammers
Los requisitos para los martillos se han considerado en gran medida anteriormente, con la excepción de lo relacionado con doblar el mango. Como se indicó anteriormente, la flexión forzada y repetitiva de la muñeca puede causar daño tisular. Al doblar la herramienta en lugar de la muñeca, se puede reducir este daño. Con respecto a los martillos, se han examinado varios ángulos, pero parecería que doblar la cabeza hacia abajo entre 10° y 20° puede mejorar la comodidad, aunque en realidad no mejora el rendimiento.
Destornilladores y herramientas para raspar
Los mangos de los destornilladores y otras herramientas que se sostienen de manera algo similar, como raspadores, limas, cinceles manuales, etc., tienen algunos requisitos especiales. Cada uno en un momento u otro se usa con un agarre de precisión o un agarre de potencia. Cada uno se basa en las funciones de los dedos y la palma de la mano para la estabilización y la transmisión de fuerza.
Los requisitos generales de los mangos ya se han considerado. Se ha descubierto que la forma eficaz más común del mango de un destornillador es la de un cilindro modificado, con forma de cúpula en el extremo para recibir la palma de la mano y ligeramente ensanchado donde se une con el eje para brindar apoyo a los extremos de los dedos. De esta manera, el par se aplica en gran parte por medio de la palma, que se mantiene en contacto con el mango por medio de la presión aplicada desde el brazo y la resistencia por fricción en la piel. Los dedos, aunque transmiten algo de fuerza, ocupan más un papel estabilizador, que fatiga menos ya que se requiere menos potencia. Por lo tanto, la cúpula de la cabeza se vuelve muy importante en el diseño del mango. Si hay bordes afilados o crestas en el domo o donde el domo se encuentra con el mango, entonces la mano se calla y se lesiona, o la transmisión de la fuerza se transfiere hacia los dedos y el pulgar menos eficientes y que se fatigan más fácilmente. El eje suele ser cilíndrico, pero se ha introducido un eje triangular que proporciona un mejor apoyo para los dedos, aunque su uso puede ser más fatigoso.
Cuando el uso de un destornillador u otro elemento de sujeción sea tan repetitivo que presente un peligro de lesiones por uso excesivo, el destornillador manual debe reemplazarse por un destornillador eléctrico colgado de un arnés elevado de tal manera que sea fácilmente accesible sin obstruir el trabajo.
Sierras y herramientas eléctricas
Las sierras manuales, con la excepción de las sierras de marquetería y las sierras para metales livianas, donde un mango como el de un destornillador es más apropiado, comúnmente tienen un mango que toma la forma de una empuñadura de pistola cerrada unida a la hoja de la sierra.
El mango comprende esencialmente un bucle en el que se colocan los dedos. El bucle es efectivamente un rectángulo con extremos curvos. Para permitir el uso de guantes, debe tener unas dimensiones internas de aproximadamente 90 a 100 mm en el diámetro largo y de 35 a 40 mm en el corto. El mango en contacto con la palma debe tener la forma cilíndrica aplanada ya mencionada, con curvas compuestas para adaptarse razonablemente a la palma y los dedos flexionados. El ancho de la curva exterior a la curva interior debe ser de unos 35 mm y el grosor no debe superar los 25 mm.
Curiosamente, la función de agarrar y sostener una herramienta eléctrica es muy similar a la de sostener una sierra y, en consecuencia, es efectivo un tipo de mango algo similar. La empuñadura de pistola común en las herramientas eléctricas es similar a un mango de sierra abierto con los lados curvados en lugar de aplanados.
La mayoría de las herramientas eléctricas comprenden un mango, un cuerpo y una cabeza. La colocación del mango es significativa. Lo ideal es que el mango, el cuerpo y la cabeza estén alineados de modo que el mango quede unido a la parte trasera del cuerpo y la cabeza sobresalga por delante. La línea de acción es la línea del dedo índice extendido, de modo que la cabeza es excéntrica al eje central del cuerpo. El centro de masa de la herramienta, sin embargo, está delante del mango, mientras que el par es tal que crea un movimiento de giro del cuerpo que la mano debe superar. En consecuencia, sería más apropiado colocar la empuñadura primaria directamente debajo del centro de masa de tal manera que, si es necesario, el cuerpo sobresalga por detrás de la empuñadura tanto como por delante. Alternativamente, particularmente en un taladro pesado, se puede colocar un mango secundario debajo del taladro de tal manera que el taladro se pueda operar con cualquier mano. Las herramientas eléctricas normalmente se accionan mediante un gatillo incorporado en el extremo frontal superior del mango y se accionan con el dedo índice. El gatillo debe estar diseñado para ser operado con cualquier mano y debe incorporar un mecanismo de enganche de fácil reinicio para mantener la alimentación cuando sea necesario.