Quantificazione delle vibrazioni e dei contraccolpi trasmessi al complesso mano- braccio durante l' utilizzo di avvitatori elettrici e pneumatici con e senza strumenti di supporto

According to NIOSH , several studies show the correlation between work-related musculoskeletal disorders and work-related physical effort, particularly in specific target groups. From a normative perspective, in Italy, the tools suitable for prevention and safety in the workplace are defined and regulated through the “Testo Unico Sulla Salute e Sicurezza sul Lavoro” and the adoption of the different ISO standards, including limits and thresholds not to be exceeded in order to avoid risks to the health of the worker. There are also suggested devices for reducing the impact of any excessive vibration or countershock in power tools, such as the use of supports and accessories. AIMS: Based on the above considerations and the lack, to the best of our knowledge, of methods that include measurement of vibration and countershock, as well as of the tool, of the operator's hand-arm complex, the main objective of this study is to quantify the vibration and countershock transmitted by pneumatic and electric screwdrivers to the hand-arm complex adopting different supports: balanced screwdriver, telescopic arm, cartesian arm, artesian arm with push-off assistance and articulated cartesian arm. A secondary aim of the study is the accuracy of screwing and the influence of the types of screwdrivers and supports on it through the quantification of positioning errors. MATERIALS AND METHODS: The study involved in this first phase 13 male partecipants, aged 18 to 65 years, right-handed and experienced in manual work who, informed about the purpose and methodology of the study, expressed informed consent. Two IMUs were placed on the back of the hand and on the posterior side of the radius epiphysis to allow measurement of accelerations and and angular velocities in order to quantify the magnitude of vibrations and countershock. The test involved the performing of 16 screwings tasks for each screwdriver-arm configuration on a support, following a predefined sequence. At the end of the test, a picture of the screwed support was acquired, which was processed by an ad-hoc developed algorithm to automatically detect the heads of each screw and calculate the distance of each head from the theoretical screwing position in order to assess positioning errors. The data obtained were then analyzed by means of Matlab and SPSS, hence collected in tables and graphs with reference to 5 different variables. RESULTS: Statistically significant differences were underlined for what concerns: the transmission of vibration, countershock and positioning errors for the different types of screwdrivers, the transmission of vibration and countershock with reference to the presence or absence of support devices, the transmission of vibration and countershock with reference to the different screwdriver-arm combinations. CONCLUSIONS: The quantification of the vibrations and countershock transmitted to the hand-arm complex with or without support devices suggests that the adoption of the support significantly reduces the countershock transmission by lowering the magnitude of the torque transmitted to the hand and the power required by the wrist joint to counteract the countershock itself. On the other hand, the reduction of vibrations is more influenced by the type of screwdriver, with a lower transmission of vibrations by the pneumatic screwdriver, which is further reduced by the use of a support with push-off assistance, while the electric screwdriver was associated with a lower positioning error, meaning higher screwing precision. Relying on those findings, the study can represent the start point for future applications of a pilot methodology for the quantification of those parameters with reference to the operator.  

In accordo con il NIOSH numerosi studi dimostrano la correlazione tra le patologie muscoloscheletriche lavoro correlate e lo sforzo fisico lavoro correlato, in particolare in determinate categorie di operatori. In Italia, attraverso il Testo Unico Sulla Salute e Sicurezza sul Lavoro e l’applicazione dei diversi standard ISO vengono definiti e regolati strumenti atti alla prevenzione e alla sicurezza sul luogo di lavoro, compresi limiti e soglie da non superare .OBIETTIVI: sulla base delle suddette considerazioni e sulla mancanza, per quanto è nostra conoscenza, di metodi che includano la misurazione delle vibrazioni e dei contraccolpi, oltre che dell’utensile, del complesso mano-braccio dell’operatore, l’obiettivo principale di questo studio è quantificare le vibrazioni ed i contraccolpi trasmessi dagli avvitatori di tipo pneumatico ed elettrico al complesso mano-braccio durante il loro utilizzo in modalità e configurazioni definite dai differenti supporti utilizzati: avvitatore bilanciato (assenza del braccio di supporto), braccio telescopico, braccio cartesiano, braccio cartesiano con assistenza di spinta e braccio cartesiano articolato. Obiettivo secondario dello studio è verificare la precisione dell’avvitatura e l’influenza delle tipologie di avvitatori e supporti su di essa attraverso la quantificazione degli errori di posizionamento. MATERIALI E METODI: lo studio ha coinvolto in questa prima fase 13 partecipanti di sesso maschile, in età compresa tra i 18 ed i 65 anni di età, destrimani e con esperienza di lavoro manuale, i quali, informati in merito allo scopo e alla metodologia dello studio esprimono il proprio consenso informato. Sono stati posti dul dorso della mano e sul lato posteriore dell’epifisi del radio due IMU per consentire la misurazione di accelerazioni e velocità angolari al fine di quantificare l’entità di vibrazioni e contraccolpo. La prova ha previsto l’esecuzione di 16 avvitature per ciascuna configurazione avvitatore-braccio su di un supporto con una sequenza predefinita. Al termine della prova è stata acquisita una fotografia del supporto avvitato, che processata da un algoritmo sviluppato ad hoc ha permesso di rilevare automaticamente le teste di ciascuna vite e calcolare la distanza di ciascuna testa dalla posizione di avvitamento presunta per valutare gli errori di posizionamento. I dati ottenuti sono stati poi analizzati mediante Matlab ed SPSS e raccolti in tabelle e grafici in riferimento a 5 diverse variabili. RISULTATI: sono emerse differenze statisticamente significative in merito: alla trasmissione delle vibrazioni, dei contraccolpi e agli errori di posizionamento per le diverse tipologie di avvitatori, alla trasmissione delle vibrazioni e dei contraccolpi in riferimento alla presenza o meno dei dispositivi di supporto, alla trasmissione delle vibrazioni e dei contraccolpi in riferimento alle differenti combinazioni avvitatore-braccetto. CONCLUSIONI: la quantificazione delle vibrazioni e dei contraccolpi trasmesse al complesso mano-braccio con o senza strumenti di supporto stabilisce che la presenza del supporto riduce notevolmente la trasmissione del contraccolpo abbassando l’entità del momento torcente trasmesso alla mano e la potenza necessaria da parte dell’articolazione del polso per contrastare il contraccolpo stesso. La riduzione delle vibrazioni risulta invece maggiormente influenzata dalla tipologia di avvitatore con una minore trasmissione delle stesse da parte dell’avvitatore pneumatico, che viene ulteriormente ridotta dall’utilizzo di un supporto con assistenza di spinta, mentre all’avvitatore elettrico è associato un minor errore di posizionamento che si traduce in una maggiore precisione. Sulla base di quanto emerso lo studio può rappresentare il punto di partenza per applicazioni future di una metodologia pilota per la quantificazione di questi parametri in riferimento all’operatore.