Evaluación de Riesgos Musculoesqueléticos, basado en MoCap y Simulación Dinámica de

Esfuerzos con Modelos Humanos

Abril. 2012 jjmarin@unizar.es

Mesa 8. Programa Musculoesquelético en la Administración pública.

Coordinación: José Javier Marín Zurdo. Dpto. Ingeniería de Diseño y Fabricación. e-mail: jjmarin@unizar.es

Centro Politécnico Superior de Ingenieros Edificio Torres Quevedo María de Luna, 3 Campus ACTUR. Universidad de Zaragoza 50018 ZARAGOZA Tfno.: 976 761 978 http://www.unizar.es/id-ergo/

http://www.idergo.es

Riesgos Musculoesqueléticos ….

¿Qué pueden provocar?

TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS (TME)

Provocan: – Incomodidad – Molestias y dolores – Cuadros médicos más graves baja laboral y tratamiento médico.

Afectan a:

– Espalda, – Cuello, – Hombros – Extremidades superiores, – Extremidades inferiores (menos frec.)

En extremidades Superiores con trabajos repetitivos. En la espalda más relacionadas con: manipulación de cargas y posturas estáticas.

TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS

Provocan: – Incomodidad – Molestias y dolores – Cuadros médicos más graves baja laboral y tratamiento

médico. En los casos más crónicos, el tratamiento y la recuperación suelen ser insatisfactorios y el resultado puede ser una discapacidad permanente, con pérdida del empleo.

No se producen como consecuencia de traumatismos sino por sobrecarga mecánica en determinadas zonas que por la acción de microtraumatismos repetitivos dan lugar a lesiones Acumulativas. Son tareas no lesivas en si, pero que pueden derivar en lesiones al acumularse su efecto negativo a lo largo del tiempo.

Son trastornos acumulativos

TRASTORNOS MUSCULOESQUELÉTICOS (TME) Microtraumatismos Repetitivos (MTR)

TME…

Factores de Riesgo:

- Fuerza. - Postura. - Tiempo. - Repetitividad. - Recuperación.

Coste Económico TME • Costes directos (seguros, indemnizaciones, costes médicos y

administrativos).

• Costes indirectos por la pérdida de productividad, pérdida de personal experimentado, formación del nuevo personal, repercusión del malestar en la calidad del trabajo.

• Coste en la UE: 0,5% - 2 % del PIB. Se pierden 600 mill .días laborables.

La prevención supone … ¡ un buen negocio !

TME …

¿Cómo evitarlos?

TME

• Modificar las tareas para eliminar o reducir los riesgos.

• Adquirir máquinas y equipos ergonómicos.

• Fomentar la conservación, reincorporación y rehabilitación de los empleados con TME.

• Ofrecer formación e información.

¿Cómo evitarlos?

Empresarios:

TME

• Ser conscientes de los riesgos de TME y de sus repercusiones en la salud.

• Saber cómo evitar o minimizar los riesgos.

• Informarse y participar en actividades que fomenten la salud y la seguridad en el trabajo.

¿Cómo evitarlos?

Y los trabajadores:

TME

- Evaluar las actividades laborales,

- Aplicar medidas preventivas y

- Control y seguimiento.

(para no perder efectividad con el tiempo)

¿Cómo evitarlos?

PREVENCION con Acciones Concretas:

OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Evaluación y control de los riesgos para la salud y seguridad en tareas con … movimientos repetitivos en los miembros superiores.

Método OCRA (UNE-EN_1005-52007)

Conceptos

• Tiempo de ciclo: desde que el trabajador empieza el ciclo, hasta que comienza el siguiente.

• Acción técnica: acciones manuales elementales que realiza durante el tiempo de ciclo (girar, empujar, mover...)

Método OCRA …

Acciones Técnicas

Acciones Técnicas

RF = CF * PoM * FoM * ReM * AdM * (RcM * DuM)

Índice OCRA = FF / RF

Método OCRA …

Índice OCRA:

(Nº de acciones técnicas realizadas / Nº de AT recomendadas.)

CF = “constante de frecuencia” de acciones técnicas por minuto = 30.

POSTURAS (PoM)

Parte del tiempo del ciclo

Posturas forzadas Menos de

1/3; del 1% al

24%

1/3; del 25% al

50%

2/3; del 51% al

80%

3/3; más del

80%

Supinación de codo (≥ 60º) Extensión (≥ 45º) o flexión de muñeca (≥ 45º) Agarre en pinza o en gancho o palmar (apertura amplia)

1 0.7 0.6 0.5

Pronación de codo (≥ 60º) o flexión/extensión (≥ 60º) del codo Desviación radio-ulnar de muñeca (≥ 20º) Agarre de fuerza fino (≤ 2cm)

1 1 0.7 0.6

FUERZA

El multiplicador para la fuerza (FoM) se aplica al nivel de fuerza medio, en función del tiempo. Según la tabla:

EVALUACIÓN FINAL

Índice OCRA Zona Evaluación del Riesgo

≤ 2,2 Verde Aceptable

2,3 a 3,5 Amarillo Aceptable condicionalmente

> 3,5 Rojo No aceptable

Método OCRA …

Método OCRA

OK, evalúa todos los Factores de Riesgo:

- Fuerza. - Postura. - Tiempo. - Repetitividad. - Recuperación.

Pero …

Método OCRA

La base del método recae en:

Definición de las ACCIONES TECNICAS

- Trabajo muy tedioso -> Tiempo de Aplicación muy alto

- Influenciado por la subjetividad del evaluador.

Su debilidad en la práctica

Evaluación de Riesgos de Tareas Repetitivas.

Basado en cálculo de esfuerzos en las articulaciones de la EESS y en los cambios de rotación que soportan las articulaciones durante cada ciclo de fabricación.

Move-HUMAN Forces

Método predictivo de riesgo musculesquelético

Sistema Move-Human FORCES

Fundamentado en:

- Cambios de rotación en (EESS + Columna)

- Y posturas estáticas (mantenidas en exceso)

Detectar y contabilizar los INSTANTES DE RIESGO …

En cada articulación y ángulo

Estima el riesgo evaluando ciertos factores

Y en esos instantes …

Para llegar al nivel de precisión que se desea lograr …

Se requiere un sistema de Captura de Movimiento (MoCap)

Si es posible: - No invasivo para el trabajador.

- Utilizable en los propios P.T.

Sistema MoveHuman – Sensors

Sistema portátil para captura y análisis tridimensional del movimiento humano en situaciones reales

Basado en Sensores Inerciales de movimiento

En campo

Análisis Ergonómico

Análisis biomecánico

Move Human - Sensors

Simulación 3D Modelos humanos

MoCap

Componentes del Sistema

En campo y oficina

Tablet

EMG de Superficie

Wireless

¿Cómo se detecta un cambio de rotación?

Determinación de los INSTANTES DE RIESGO

Instantes de Riesgo …

(cambio de rotación o postura estática > 4-6 seg)

- Magnitud del ángulo de rotación – y otros ángulos implicados.

- Arco de giro recorrido desde el último cambio. (a mayor arco -> menor riesgo)

- Velocidad angular (poco antes o poco después de la parada). Grado de aceleración / deceleración sufrida.

- Fuerzas axiales y de corte.

- Momentos flectores y torsión.

- Para la mano – tipo de agarre.

¿Qué factores de riesgo tiene en cuenta?

En cada INSTANTE DE RIESGO …

Detectado un Instante de Riesgo …

- Calcula ciertas variables (ángulos, Vel.Ang, Fuerzas …)

- Aplica un factor de riesgo a cada variable (curvas paramétricas). 1.0 – 1.5

- Multiplicar los factores =>

- Riesgo en ese instante.

- Riesgo respecto al máx => % => Nivel Riesgo (0-4)

- Suma los riesgos instantáneos => RiesgoArticulación y ángulo.

- RiesgoArticulación / TiempoCiclo => Riesgo art. X min.

- Resumen de resultados:

- Riesgo en articulación (suma ponderada de Riesgo-ángulo)

- Nivel de riesgo (0 – 4). También zona lumbar

- Nº cambios y % según nivel riesgo (0-4) => Carga Postural.

- Otros …

Sistema Move-Human Forces

¿Qué hace MH-Forces?

A un valor de (Angulo, Velocidad, Fuerza …)

Le corresponde un Factor de Riesgo

Curvas paramétricas Valor – Riesgo: lumbar_Rx # Flexión -30 1.5 -20 1.2 -5 1 5 1

70 1.2 120 1.5

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

lumbar_Rx # Flexión

Curvas paramétricas …

Vel.Ang. Factor Riesgo Otras Zonas VA.max 0 1 Cervical. VAmax = 260 [º/seg]

90 [º/seg] 1.4 Hombro. VAmax = 700 [º/seg] 90*2 = 180 1.5 Codo. VAmax = 600 [º/seg] 90*3 = 270 1.5 Cervical. VAmax = 1000 [º/seg]

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

0 50 100 150 200 250 300

Factor Riesgo de Vel.Ang. Zona Lumbar.

File: Cambios de Giro y Factores de Riesgo en las articulaciones. Date: 2011-10-10_00.39.28 Posturas/seg = 50 Fr.Totales Fr.Ini Fr.Fin Rango exportado [seg] = 14.02 701 900 1600

Tiempo de ciclo [seg] = 15 Efectivo para el cálculo de riesgos x min. Puede coincidir o no con el rango exportado.

1. Magnitud del Angulo en ese frame [º]. 2. > Factor Riesgo asociado a Magnitud del ángulo. 3. Arco de Giro Recorrido desde el último cambio de sentido de giro 4. > Factor Riesgo asociado al Arco de Giro Recorrido. 5. Magnitud máxima de los otros ángulos implicados en la articulación. 6. > Factor Riesgo derivado de Giros Combinados. 7. Velocidad Angular max. entre los extremos del intervalo y su punto central [º/s]. 8. > Factor Riesgo derivado de Velocidad Angular. 9. Magnitud de Fuerza Axial [Kgr]. 10.> Factor Riesgo derivado de Fuerza Axial. 11. Magnitud de Fuerza Corte [Kgr]. 12.> Factor Riesgo derivado de Fuerza Corte. 13. Magnitud de Momento Torsor [Kgr m]. 14.> Factor Riesgo derivado Momento Torsor. 15. Magnitud de Momento Flector [Kgr m]. 16.> Factor Riesgo derivado de Momento Flector.

2.1.CERVICAL Flex/Ext.: Nº cambios = 6 Nº cambios / min = 24 Cambios x Fact.Ri. = 12.82 Cambios x Fact.Ri. / min = 51.29 0.2 (Peso respecto a los otros ángulos) [0, 1, 2, 3, 4] [5, 15, 25, 50] Nivel Riesgo % del Max. Risk en Fr. 0.Frame 1.Angulo 2.Ri.Ang

1 6.3 1.61 898 7.47 1.02 1 9.12 2.34 941 28.19 1.15 1 9.23 2.37 1461 10.63 1.04 1 8.5 2.18 1491 4.57 1 1 8.26 2.12 1531 17.26 1.08 1 8.63 2.21 1571 11.52 1.04

3.Arco 4.Ri.Arco 5.OtrosGiros 6.Ri.GiComb 7.VA[g/s] 8.Ri.VA 0 1 8.14 1.08 0 1

20.72 1.41 5.91 1 19.5 1.06 17.56 1.42 22.76 1.18 11.36 1.03

6.05 1.47 14.34 1.08 24.48 1.08 12.68 1.44 5.86 1 12.1 1.04

5.73 1.47 5.8 1 13.28 1.04

Resultado para cada articulación y ángulo::

Factores de Riesgo:

9.F.axial[Kg] 10.Ri.Faxial 11.Fcorte[Kg] 12.Ri.Fcorte

-6.22 1.25 0.82 1.03 -6.33 1.25 0.46 1.02 -6.35 1.25 0.11 1 -6.33 1.25 0.04 1 -6.33 1.25 0.19 1.01 -6.26 1.25 1.17 1.04

13.Mtorsor[Kg.m] 14.Ri.Mtorsor 15.Mflector[Kg.m] 16.Ri.Mflector

-0.11 1.09 0.25 1.05 0.02 1.01 0.24 1.05 0.01 1.01 0.15 1.03

-0.01 1 0.05 1.01 0 1 0.15 1.03 0 1 0.28 1.06

Fuerzas y momentos en las articulaciones:

Resultado para cada articulación y ángulo (continuación)::

En la muñeca, se añade el riesgo relativo al Tipo de Agarre

8.2.CARPO Izq Desv.: Nº cambios = 10 Nº cambios / min = 40 Cambios x Fact.Ri. = 26 Cambios x Fact.Ri. / min = 103 0.6 [0, 1, 2, 3, 4] [5, 15, 25, 50] Nivel Riesgo % del Max Riks en Fr 0.Frame 17.TipoAgarre 18.Ri.Agarre

1 5.3 2 986 1 1 1 7.9 3 1091 1.5 1.1 1 8.5 3.3 1141 2.5 1.4 1 6.6 2.5 1156 2.5 1.4 1 9.5 3.7 1176 2.5 1.4 1 6.2 2.4 1191 2.5 1.4 1 7.6 2.9 1271 2 1.2 1 5.2 2 1291 2 1.2 1 5 1.9 1536 1.5 1.1 1 5.7 2.2 1561 1.5 1.1

X

Z

Y

X

Z

Y

X

Z

Y

X

Z

Y

Motor de Cálculo

1º Paso: Estimar las reacciones en los puntos de apoyo y en las distintas situaciones posibles

2º Paso: Cálculo de los esfuerzos en las articulaciones.

Manteniendo el equilibrio en cada instante

Función de …

- Postura en cada instante (movimiento) - Antropometría del sujeto - Fuerzas externas sobre las manos (fuerzas y momentos) - Fuerzas inercias en los C.G. de los segmentos corporales:

- Aceleraciones/deceleraciones del cuerpo (lineales y angulares) - De la masa del objeto que manipula.

Contempla distintas situaciones de apoyo:

Las fuerzas de reacción cambian …

Valoración del Riesgo (0-4):

0. Trivial

1. Tolerable

2. Moderado

3. Importante

4. Muy importante

Método predictivo de riesgo ME de la EESS

Sistema Move-Human Forces

Tabla Resumen de Riesgos

[5, 15, 25, 50] [0, 1, 2, 3, 4]

RESUMEN RESULTADOS [Riesgo/min]: Pesos % del

Max Nivel Riesgo RIESGO Nº

Cambios Nº Cambios por nivel %Nivel 0 %Nivel 1 %Nivel 2 % Nivel 3 %Nivel 4

LUMBAR. : 16.73 0.24 2.18 0 Sin riesgo 9 [ 0., 9., 0., 0., 0.] 0 100 0 0 0

CERVICAL. : 51.9 0.2 6.75 1 Riesgo Bajo 17 [ 0., 17., 0., 0., 0.] 0 100 0 0 0

HOMBRO Dch. : 86.39 0.12 11.24 1 Riesgo Bajo 28 [ 2., 24., 2., 0., 0.] 7.14 85.71 7.14 0 0

HOMBRO Izq. : 100.5 0.12 13.07 1 Riesgo Bajo 32 [ 0., 31., 1., 0., 0.] 0 96.88 3.13 0 0

CODO Dch. : 161.3 0.06 20.97 2 Riesgo Medio 25 [ 0., 24., 1., 0., 0.] 0 96 4 0 0

CODO Izq. : 178.5 0.06 23.22 2 Riesgo Medio 28 [ 0., 27., 1., 0., 0.] 0 96.43 3.57 0 0

CARPO Dch. : 108.4 0.1 9.4 1 Riesgo Bajo 24 [ 1., 23., 0., 0., 0.] 4.17 95.83 0 0 0

CARPO Izq. : 130.6 0.1 11.32 1 Riesgo Bajo 28 [ 4., 24., 0., 0., 0.] 14.29 85.71 0 0 0

Coef. Nivel Act. (H/M) = 1 Riesgo x min (Lumbar.Cervical) = 14.4

Riesgo x min (Brazo.Dcho) = 30.88

Riesgo x min (Brazo.Izdo) = 35.83

Riesgo TOTAL x min = 81.1

Evolución de Riesgos Acumulados Ponderados por min: LUMBAR. Frame: 898 898 898 1199 1199 1199 1500 1500 1500 1600 Risk.acumulado: 0.27 0.67 1.34 1.62 2.05 2.76 3.05 3.47 4.18 4.18 Risk.acumul.min: 0.89 2.23 4.46 4.06 5.13 6.91 6.09 6.94 8.37 16.73

Resumen de resultados

Aspectos adicionales que considera:

Afecta a los valores máximos de esfuerzos

en articulaciones

¡ El riesgo aumente con inactividad o si es mujer !

Fuerza Palmar Gancho

Agarre en pinza

- Tipo de agarre (sin, pinza, gancho, de fuerza o palmar)

- Nivel de actividad regular del trabajador: Inactividad (0) – Inactividad moderada – Activa moderada – Actividad (4)

- Sexo

- Tiempo de ciclo -> Importante para Riesgos x Minuto.

Detectar riesgos por Carga Postura…

- Calcula posturas a 25 pfs

- Tiene en cuenta las fuerzas de inercia provocadas por el movimiento de la persona o por las cargas que manipula.

- Valora un nivel de riesgo en cada cambio / postura estática detectada.

- En tabla resumen: calcula, % de instantes de riesgo detectados, por niveles riesgo.

Aporta valor añadido respecto a métodos como

REBA

Detecta qué articulaciones pueden tener más riesgo y en qué %

Evaluación de manipulación de cargas

Añade valor a los métodos más utilizados:

- Los momentos de coger y dejar la carga coinciden con cambios en la rotación de la columna lumbar.

- Tiene en cuenta las fuerzas de inercias provocadas por : - El movimiento del propio cuerpo (brazos + cabeza + tórax) - Masa del objeto que maneja y de las aceleraciones/deceleración

que el trabajador realiza durante su manipulación.

- Calcula posturas intermedias (entre coger-dejar) -> pueden ser nocivos.

- Considera con precisión la composición de los 3 ángulos lumbares (flexión, lateralización y rotación/torsión).

Riesgos por Manipulación

CARGAS

Esfuerzos ejercidos por las manos …

- Esfuerzos lineales y - Momentos o pares.

Análisis más allá de esfuerzos verticales por manipulación cargas

En cualquier dirección y sentido del espacio

Posibilidad de variar magnitud, dirección a lo largo del tiempo

- Contempla distintas situaciones que se dan en la práctica.

- Al variar las fuerzas externas => Valora los efectos sobre el Riesgo.

- Permite análisis de alternativas o propuestas de mejora.

Modos Visualización…

Ejemplos de Posturas…

Aplicable a PT existentes y …

Diseño de Puestos de Trabajo a nivel de proyecto.

Se puede utilizar el software-animación 3D para: - Importar el entorno (de CAD) o crearlo - Reproducir las posturas “claves” del trabajador.

Recrear el movimiento (interpolando) = MoCap

Aplicar el método MH-Forces

Realizar cambios hasta lograr un riesgo aceptable

Acciones en la Etapa de Diseño => Ahorro de costes !!!

(Colaboración Ing.Diseño <-> Tec.Prevención)

CONCLUSIONES …

El nuevo método de Evaluación (hardware + software) ha logrado:

Superar las limitaciones de los métodos actuales

En dos aspectos claves:

- Fácil de aplicar => libera de tareas tediosas.

- Automatiza la medida del riesgo => No influenciado por la subjetividad.

Sustentado en:

- Sistema MoCap utilizable en los P.T.

- Motor de cálculo de esfuerzos dinámicos con modelos humanos.

El nuevo método predictivo de riesgo ME de la EESS

Move-Human Forces

Constituye un avance significativo en la evaluación de riesgos en

el ámbito de tareas repetitivas a alta frecuencia, útil a:

- Ingenieros de producción, métodos y tiempos.

- Técnicos en Prevención de Riesgos Laborales.

- Médicos del trabajo.

- Terapistas en salud laboral. Fisioterapeutas.

-Técnicos afines a la ergonomía / biomecánica.

CONCLUSIONES …

Evaluación del Riesgo de

Tareas Repetitivas

Abril de 2012 jjmarin@unizar.es