Normalmente, uma ferramenta compreende uma cabeça e um cabo, às vezes com uma haste ou, no caso da ferramenta elétrica, um corpo. Como a ferramenta deve atender aos requisitos de vários usuários, podem surgir conflitos básicos que devem ser resolvidos com compromisso. Alguns desses conflitos derivam de limitações nas capacidades do usuário, e alguns são intrínsecos à própria ferramenta. Deve ser lembrado, no entanto, que as limitações humanas são inerentes e em grande parte imutáveis, enquanto a forma e a função da ferramenta estão sujeitas a uma certa quantidade de modificação. Assim, para efetuar a mudança desejável, a atenção deve ser direcionada principalmente para a forma da ferramenta e, em particular, para a interface entre o usuário e a ferramenta, ou seja, o cabo.
A natureza da aderência
As características de aderência amplamente aceitas foram definidas em termos de uma aperto de força, um aperto de precisão e de um pega de gancho, pelo qual virtualmente todas as atividades manuais humanas podem ser realizadas.
Em um aperto de força, como é usado para martelar pregos, a ferramenta é mantida em uma pinça formada pelos dedos parcialmente flexionados e a palma da mão, com contrapressão aplicada pelo polegar. Em uma pegada de precisão, como a que se usa ao ajustar um parafuso de fixação, a ferramenta é comprimida entre os aspectos flexores dos dedos e o polegar oposto. Uma modificação da empunhadura de precisão é a empunhadura de lápis, que é autoexplicativa e é usada para trabalhos complexos. Um aperto de precisão fornece apenas 20% da força de um aperto de força.
Uma pegada de gancho é usada onde não há necessidade de nada além de segurar. Na pegada de gancho o objeto é suspenso pelos dedos flexionados, com ou sem o apoio do polegar. Ferramentas pesadas devem ser projetadas para que possam ser transportadas em um gancho.
Espessura do Punho
Para empunhaduras de precisão, as espessuras recomendadas variam de 8 a 16 milímetros (mm) para chaves de fenda e de 13 a 30 mm para canetas. Para pegadas de força aplicadas ao redor de um objeto mais ou menos cilíndrico, os dedos devem envolver mais da metade da circunferência, mas os dedos e o polegar não devem se encontrar. Os diâmetros recomendados variaram de 25 mm a 85 mm. O ideal, variando com o tamanho da mão, é provavelmente em torno de 55 a 65 mm para homens e 50 a 60 mm para mulheres. Pessoas com mãos pequenas não devem executar ações repetitivas em garras de diâmetro superior a 60 mm.
Força de preensão e extensão da mão
O uso de uma ferramenta requer força. Além de segurar, o maior requisito para a força da mão é encontrado no uso de ferramentas de ação cruzada, como alicates e ferramentas de trituração. A força efetiva no esmagamento é uma função da força de preensão e do vão necessário da ferramenta. A extensão funcional máxima entre a ponta do polegar e a ponta dos dedos de preensão é em média de 145 mm para homens e 125 mm para mulheres, com variações étnicas. Para um alcance ideal, que varia de 45 a 55 mm para homens e mulheres, a força de preensão disponível para uma única ação de curto prazo varia de cerca de 450 a 500 newtons para homens e 250 a 300 newtons para mulheres, mas para ações repetitivas o requisito recomendado é provavelmente mais próximo de 90 a 100 newtons para homens e de 50 a 60 newtons para mulheres. Muitos grampos ou alicates comumente usados estão além da capacidade de uso com uma mão, principalmente em mulheres.
Quando um cabo é o de uma chave de fenda ou ferramenta similar, o torque disponível é determinado pela capacidade do usuário de transmitir força ao cabo e, portanto, é determinado tanto pelo coeficiente de atrito entre a mão e o cabo quanto pelo diâmetro do cabo. Irregularidades no formato do cabo fazem pouca ou nenhuma diferença na capacidade de aplicar torque, embora arestas vivas possam causar desconforto e eventuais danos aos tecidos. O diâmetro de um cabo cilíndrico que permite a maior aplicação de torque é de 50 a 65 mm, enquanto o de uma esfera é de 65 a 75 mm.
Alças
Forma do punho
O formato do cabo deve maximizar o contato entre a pele e o cabo. Deve ser generalizado e básico, geralmente de seção cilíndrica ou elíptica achatada, com longas curvas e planos planos, ou um setor de uma esfera, colocados juntos de maneira a se conformar aos contornos gerais da mão que segura. Por causa de sua fixação ao corpo de uma ferramenta, o cabo também pode assumir a forma de um estribo, em forma de T ou em forma de L, mas a parte que entra em contato com a mão terá a forma básica.
O espaço delimitado pelos dedos é, obviamente, complexo. A utilização de curvas simples é um compromisso que visa atender às variações representadas por diferentes mãos e diferentes graus de flexão. A este respeito, é indesejável introduzir qualquer correspondência de contorno de dedos flexionados no cabo na forma de sulcos e vales, estrias e entalhes, uma vez que, de fato, essas modificações não caberiam em um número significativo de mãos e poderiam, de fato, um período prolongado, causar lesões por pressão nos tecidos moles. Em particular, recessos maiores que 3 mm não são recomendados.
Uma modificação da seção cilíndrica é a seção hexagonal, que é de particular valor no projeto de ferramentas ou instrumentos de pequeno calibre. É mais fácil manter uma pegada estável em uma seção hexagonal de pequeno calibre do que em um cilindro. Seções triangulares e quadradas também foram usadas com vários graus de sucesso. Nesses casos, as bordas devem ser arredondadas para evitar lesão por pressão.
Superfície e textura de aderência
Não é por acaso que, durante milênios, a madeira foi o material de escolha para cabos de ferramentas, exceto para triturar ferramentas como alicates ou pinças. Além de seu apelo estético, a madeira tem sido prontamente encontrada e facilmente trabalhada por trabalhadores não qualificados, e possui qualidades de elasticidade, condutividade térmica, resistência ao atrito e relativa leveza em relação ao volume que a tornaram muito aceitável para este e outros usos.
Nos últimos anos, cabos de metal e plástico tornaram-se mais comuns para muitas ferramentas, especialmente para uso com martelos leves ou chaves de fenda. Um cabo de metal, porém, transmite mais força à mão e, preferencialmente, deve ser envolto em uma bainha de borracha ou plástico. A superfície de aderência deve ser ligeiramente compressível, sempre que possível, não condutora e lisa, e a área da superfície deve ser maximizada para garantir a distribuição de pressão em uma área tão grande quanto possível. Uma empunhadura de espuma de borracha foi usada para reduzir a percepção de fadiga e sensibilidade nas mãos.
As características de fricção da superfície da ferramenta variam com a pressão exercida pela mão, com a natureza da superfície e com a contaminação por óleo ou suor. Uma pequena quantidade de suor aumenta o coeficiente de atrito.
Comprimento da alça
O comprimento do cabo é determinado pelas dimensões críticas da mão e pela natureza da ferramenta. Para um martelo ser usado por uma mão em um punho de força, por exemplo, o comprimento ideal varia de um mínimo de cerca de 100 mm a um máximo de cerca de 125 mm. Cabos curtos não são adequados para um aperto forte, enquanto um cabo menor que 19 mm não pode ser segurado corretamente entre o polegar e o indicador e é inadequado para qualquer ferramenta.
Idealmente, para uma ferramenta elétrica ou uma serra manual que não seja uma serra de coping ou fret, o cabo deve acomodar no nível do percentil 97.5 a largura da mão fechada empurrada para ele, ou seja, 90 a 100 mm no eixo longo e 35 a 40 mm no curto.
Peso e Equilíbrio
O peso não é um problema com ferramentas de precisão. Para martelos pesados e ferramentas elétricas é aceitável um peso entre 0.9 kg e 1.5 kg, com um máximo de cerca de 2.3 kg. Para pesos superiores ao recomendado, a ferramenta deve ser apoiada por meios mecânicos.
No caso de uma ferramenta de percussão como um martelo, é desejável reduzir o peso do cabo ao mínimo compatível com a resistência estrutural e ter o máximo de peso possível na cabeça. Em outras ferramentas, o equilíbrio deve ser distribuído uniformemente sempre que possível. Em ferramentas com cabeças pequenas e cabos volumosos, isso pode não ser possível, mas o cabo deve ser progressivamente mais leve à medida que o volume aumenta em relação ao tamanho da cabeça e do eixo.
Significado das luvas
Às vezes, é esquecido pelos projetistas de ferramentas que as ferramentas nem sempre são seguradas e operadas por mãos nuas. Luvas são comumente usadas para segurança e conforto. Luvas de segurança raramente são volumosas, mas luvas usadas em climas frios podem ser muito pesadas, interferindo não apenas no feedback sensorial, mas também na capacidade de agarrar e segurar. O uso de luvas de lã ou couro pode adicionar 5 mm à espessura da mão e 8 mm à largura da mão no polegar, enquanto luvas pesadas podem adicionar até 25 a 40 mm, respectivamente.
Handedness
A maioria da população no hemisfério ocidental favorece o uso da mão direita. Alguns são funcionalmente ambidestros e todas as pessoas podem aprender a operar com maior ou menor eficiência com qualquer uma das mãos.
Embora o número de canhotos seja pequeno, sempre que possível, a adaptação de cabos às ferramentas deve tornar a ferramenta utilizável por canhotos ou destros (exemplos incluem o posicionamento do cabo secundário em uma ferramenta elétrica ou a alças de dedo em tesouras ou grampos), a menos que seja claramente ineficiente fazê-lo, como no caso de fixadores do tipo parafuso que são projetados para aproveitar os poderosos músculos supinadores do antebraço em uma pessoa destra, impedindo o canhoto de usá-los com igual eficácia. Esse tipo de limitação deve ser aceito, pois o fornecimento de threads à esquerda não é uma solução aceitável.
Significado do gênero
Em geral, as mulheres tendem a ter mãos menores, preensão menor e cerca de 50 a 70% menos força do que os homens, embora, é claro, algumas mulheres na extremidade do percentil mais alto tenham mãos maiores e maior força do que alguns homens na extremidade do percentil inferior. Em consequência, existe um número significativo, embora indeterminado, de pessoas, maioritariamente do sexo feminino, que têm dificuldade em manusear várias ferramentas manuais concebidas para o uso masculino, incluindo em particular martelos pesados e alicates pesados, bem como corte de metais, crimpagem e ferramentas de fixação e decapadores de fios. O uso dessas ferramentas por mulheres pode exigir uma função indesejável de duas mãos em vez de uma mão. Em um local de trabalho de gênero misto, portanto, é essencial garantir que ferramentas de tamanho adequado estejam disponíveis não apenas para atender às necessidades das mulheres, mas também para atender às dos homens que estão no percentil baixo das dimensões das mãos.
Considerações Especiais
A orientação do cabo de uma ferramenta, sempre que possível, deve permitir que a mão operante se adapte à posição funcional natural do braço e da mão, ou seja, com o punho mais do que meio supinado, abduzido cerca de 15° e ligeiramente dorsiflexionado, com o dedo mínimo em flexão quase total, os outros menos e o polegar aduzido e levemente flexionado, postura às vezes erroneamente chamada de posição de aperto de mão. (Em um aperto de mão, o punho não está mais do que meio supinado.) A combinação de adução e dorsiflexão no punho com flexão variável dos dedos e do polegar gera um ângulo de preensão compreendendo cerca de 80° entre o longo eixo do braço e um linha que passa pelo ponto central do laço criado pelo polegar e o dedo indicador, ou seja, o eixo transversal do punho.
Forçar a mão em posição de desvio ulnar, ou seja, com a mão dobrada em direção ao dedo mínimo, como ocorre no alicate padrão, gera pressão nos tendões, nervos e vasos sanguíneos dentro da estrutura do punho e pode ocasionar as condições incapacitantes de tenossinovite, síndrome do túnel do carpo e semelhantes. Ao dobrar o cabo e manter o pulso reto (isto é, ao dobrar a ferramenta e não a mão), a compressão dos nervos, tecidos moles e vasos sanguíneos pode ser evitada. Embora este princípio tenha sido reconhecido há muito tempo, não foi amplamente aceito pelos fabricantes de ferramentas ou pelo público usuário. Tem aplicação particular no projeto de ferramentas de ação cruzada, como alicates, bem como facas e martelos.
Alicates e ferramentas de alavanca cruzada
Atenção especial deve ser dada ao formato dos cabos de alicates e dispositivos similares. Tradicionalmente, os alicates têm cabos curvos de comprimento igual, a curva superior aproximando-se da curva da palma da mão e a curva inferior aproximando-se da curva dos dedos flexionados. Quando a ferramenta é segurada na mão, o eixo entre os cabos está alinhado com o eixo das garras do alicate. Conseqüentemente, na operação, é necessário manter o punho em desvio ulnar extremo, ou seja, dobrado em direção ao dedo mínimo, enquanto ele é girado repetidamente. Nesta posição, o uso do segmento mão-punho-braço do corpo é extremamente ineficiente e muito estressante para os tendões e estruturas articulares. Se a ação for repetitiva, pode dar origem a várias manifestações de lesão por uso excessivo.
Para combater esse problema, uma versão nova e ergonomicamente mais adequada de alicates apareceu nos últimos anos. Nesses alicates, o eixo dos cabos é dobrado aproximadamente 45° em relação ao eixo das garras. As alças são espessas para permitir uma melhor preensão com menos pressão localizada nos tecidos moles. A alça superior é proporcionalmente mais longa com uma forma que se encaixa e ao redor do lado ulnar da palma da mão. A extremidade dianteira da alça incorpora um suporte para o polegar. A alça inferior é mais curta, com uma espiga, ou projeção arredondada, na extremidade anterior e uma curva em conformidade com os dedos flexionados.
Embora o exposto acima seja uma mudança um tanto radical, várias melhorias ergonomicamente sólidas podem ser feitas em alicates com relativa facilidade. Talvez o mais importante, onde é necessária uma pegada de força, esteja no engrossamento e leve achatamento dos cabos, com um apoio para o polegar na ponta do cabo e um leve alargamento na outra ponta. Se não for parte integrante do projeto, essa modificação pode ser obtida envolvendo o cabo de metal básico com uma bainha não condutora fixa ou destacável feita de borracha ou um material sintético apropriado e talvez rugosa para melhorar a qualidade tátil. O recuo das alças para os dedos é indesejável. Para uso repetitivo, pode ser desejável incorporar uma leve mola na alça para abri-la após o fechamento.
Os mesmos princípios se aplicam a outras ferramentas de alavanca cruzada, particularmente com relação à mudança na espessura e achatamento dos cabos.
Facas
Para uma faca de uso geral, ou seja, uma que não é usada para empunhar uma adaga, é desejável incluir um ângulo de 15° entre o cabo e a lâmina para reduzir o estresse nos tecidos articulares. O tamanho e a forma dos cabos devem estar em conformidade com os de outras ferramentas, mas para permitir diferentes tamanhos de mão, foi sugerido que dois tamanhos de cabo de faca sejam fornecidos, ou seja, um para caber no usuário de 50 a 95 percentil e outro para o percentil 5 a 50. Para permitir que a mão exerça força o mais próximo possível da lâmina, a superfície superior do cabo deve incorporar um apoio para o polegar elevado.
Um protetor de faca é necessário para evitar que a mão deslize para a frente sobre a lâmina. A proteção pode assumir várias formas, como uma espiga ou projeção curva, com cerca de 10 a 15 mm de comprimento, projetando-se para baixo a partir da alça ou em ângulo reto com a alça, ou uma proteção de fiança compreendendo um laço de metal pesado da frente para parte traseira do punho. O apoio para o polegar também atua para evitar o deslizamento.
O cabo deve estar em conformidade com as diretrizes ergonômicas gerais, com uma superfície maleável e resistente à graxa.
Hammers
Os requisitos para martelos foram amplamente considerados acima, com exceção dos relacionados à dobra do cabo. Conforme observado acima, a flexão forçada e repetitiva do pulso pode causar danos aos tecidos. Ao dobrar a ferramenta em vez do pulso, esse dano pode ser reduzido. Com relação aos martelos, vários ângulos foram examinados, mas parece que inclinar a cabeça para baixo entre 10° e 20° pode melhorar o conforto, se na verdade não melhorar o desempenho.
Chaves de fenda e ferramentas de raspagem
Os cabos de chaves de fenda e outras ferramentas mantidas de maneira um tanto semelhante, como raspadores, limas, cinzéis manuais e assim por diante, têm alguns requisitos especiais. Cada um em um momento ou outro é usado com uma pegada de precisão ou uma pegada de força. Cada um depende das funções dos dedos e da palma da mão para estabilização e transmissão de força.
Os requisitos gerais de alças já foram considerados. Descobriu-se que a forma efetiva mais comum de um cabo de chave de fenda é a de um cilindro modificado, em forma de cúpula na extremidade para receber a palma da mão e ligeiramente alargado onde encontra a haste para fornecer suporte às extremidades dos dedos. Desta forma, o torque é aplicado em grande parte por meio da palma da mão, que é mantida em contato com o cabo por meio da pressão aplicada pelo braço e pela resistência ao atrito na pele. Os dedos, embora transmitam alguma força, ocupam um papel mais estabilizador, que é menos cansativo porque requer menos força. Assim, a cúpula da cabeça torna-se muito importante no design do cabo. Se houver bordas ou sulcos afiados na cúpula ou onde a cúpula encontra o cabo, a mão fica calosa e ferida ou a transmissão de força é transferida para os dedos e polegares menos eficientes e mais facilmente fatigados. A haste é comumente cilíndrica, mas foi introduzida uma haste triangular que oferece melhor suporte para os dedos, embora seu uso possa ser mais cansativo.
Quando o uso de uma chave de fenda ou outro prendedor for tão repetitivo que represente um risco de lesão por uso excessivo, o acionador manual deve ser substituído por um acionador motorizado pendurado em um arnês suspenso de maneira a ser facilmente acessível sem obstruir o trabalho.
Serras e ferramentas elétricas
As serras manuais, com exceção das serras de traste e das serras leves, onde um cabo como o de uma chave de fenda é mais apropriado, geralmente têm um cabo que assume a forma de um cabo de pistola fechado preso à lâmina da serra.
A alça compreende essencialmente um laço no qual os dedos são colocados. O loop é efetivamente um retângulo com extremidades curvas. Para permitir luvas, ela deve ter dimensões internas de aproximadamente 90 a 100 mm no diâmetro longo e 35 a 40 mm no curto. O cabo em contato com a palma deve ter o formato cilíndrico achatado já mencionado, com curvas compostas para encaixar razoavelmente na palma e nos dedos flexionados. A largura da curva externa para a curva interna deve ser de cerca de 35 mm e a espessura não superior a 25 mm.
Curiosamente, a função de agarrar e segurar uma ferramenta elétrica é muito semelhante à de segurar uma serra e, conseqüentemente, um tipo de cabo um tanto semelhante é eficaz. O cabo de pistola comum em ferramentas elétricas é semelhante a um cabo de serra aberto com os lados curvos em vez de achatados.
A maioria das ferramentas elétricas compreende uma alça, um corpo e uma cabeça. A colocação da alça é significativa. Idealmente, o cabo, o corpo e a cabeça devem estar alinhados, de modo que o cabo fique preso na parte traseira do corpo e a cabeça se projete na frente. A linha de ação é a linha do dedo indicador estendido, de modo que a cabeça fique excêntrica ao eixo central do corpo. O centro de massa da ferramenta, no entanto, está à frente do cabo, enquanto o torque é tal que cria um movimento de rotação do corpo que a mão deve vencer. Conseqüentemente, seria mais apropriado colocar a alça principal diretamente sob o centro de massa de forma que, se necessário, o corpo se projetasse tanto atrás da alça quanto na frente. Alternativamente, particularmente em uma furadeira pesada, uma alça secundária pode ser colocada embaixo da furadeira de forma que a furadeira possa ser operada com qualquer uma das mãos. As ferramentas elétricas são normalmente operadas por um gatilho incorporado na extremidade frontal superior do cabo e operadas pelo dedo indicador. O gatilho deve ser projetado para ser operado por qualquer uma das mãos e deve incorporar um mecanismo de trava facilmente redefinido para manter a energia ligada quando necessário.