3-8. Metodyka badań parametrów antropometrycznych z zastosowaniem skanerów 3D

Dane antropometryczne i sensoryczne mają szerokie zastosowanie na etapie projektowania stanowisk pracy, ich modernizacji i dostosowania do możliwości i potrzeb konkretnego pracownika lub wybranej grupy pracowników. Dane te wykorzystywane są także w różnych badaniach naukowych (Muzhikov i in. 2018) i zastosowaniach praktycznych (Rhie i in. 2017) na całym świecie (Sadeghi i in. 2015, Khadem i in. 2014). Ponadto dane tego typu są przetwarzane z zastosowaniem różnych algorytmów pozwalających na ich powszechne wykorzystanie (Albin 2017, Brolin i in. 2017).

Najbardziej powszechnym źródłem danych antropometrycznych i sensorycznych są normy zarówno krajowe (PN-90/N-08000), jak i międzynarodowe (PN-EN 547-3+A1:2010). Dane tego typu są także publikowane jako osobne pozycje literaturowe możliwe do wykorzystania przez potencjalnego użytkownika zarówno w Polsce (Gedliczka A. 2001, Nowak E. 2000) jak i na całym świecie (Diffrient N. i in. 1990). W przypadku danych antropometrycznych zawartych w normach mogą być one także bardziej szczegółowe np. mogą dotyczyć zasięgu kończyn górnych (PN-80/N-08001) czy zakresu ruchu w obszarze kończyn dolnych (PN-81/N-08002).

Spośród zagranicznych źródeł literaturowych na szczególną uwagę zasługuje publikacja amerykańska Humanscale 1/2/3, zawierająca oprócz danych antropometrycznych także dane biomechaniczne oraz inne dane dotyczące dostosowania stanowiska pracy, w tym między innymi wiele danych ergonomicznych (Diffrient N. i in. 1990).

Najnowsze dane antropometryczne populacji polskiej opracowano w 2000 roku (Gedliczka A. 2001, Nowak E. 2000). Dane te były danymi opracowanymi na podstawie badań oraz prognozy wynikającej ze zmiany wymiarów antropometrycznych w okresie ostatnich lat poprzedzających rok 2000. Podobnie jest w przypadku danych zawartych w normach (np. PN-EN 16186-1:2015-01, PN-EN 547-3+A1:2010, PN-EN ISO 14738:2009, PN-EN ISO 15535:2013-04), w tym także bardziej szczegółowych (PN-EN 547-3+A1:2010). Dane te, pomimo wnikliwej analizy i prognoz zmian parametrów nie uwzględniają zmian wynikających z rozwoju psychofizycznego społeczeństwa zarówno polskiego jak i europejskiego.

Wykorzystanie nowoczesnej aparatury pomiarowej do pomiaru parametrów antropometrycznych, takiej jak skanery 3D (PN-EN ISO 20685-2:2017-05), pozwala na ograniczenie błędów wynikających z przeprowadzania pomiarów przez różnych badaczy, a także umożliwia jednoczesną rejestrację i wyznaczenie bardzo wielu parametrów antropometrycznych (PN-EN ISO 20685-1:2019). Dodatkowo skany zarejestrowanych osób badanych mogą być wykorzystane w przyszłości do wyznaczenia dodatkowych wartości parametrów antropometrycznych bez konieczności prowadzenia ponownych badań oraz angażowania osób badanych i badających. Prowadzenie badań z zastosowaniem skanerów 3D ma także taką zaletę, że kontakt z osobą badaną może być znacznie ograniczony i niezbędny tylko na etapie przygotowania do przeprowadzenia skanowania. Porównanie możliwości wykonywania pomiaru parametrów antropometrycznych w sposób tradycyjny oraz z zastosowaniem skanów 3D przedstawiono w tabeli (slajd 1).

3-8. slajd 1

Przeprowadzenie testów skanera całego ciała człowieka.

Celem przeprowadzenia testów skanera całego ciała człowieka było określenie możliwości skanowania, dobór pozycji pomiarowych, parametrów pracy skanera, w tym także warunków oświetlenia miejsca skanowania.

Testy skanera FARO przeprowadzono wykonując następujące działania:

• ustawiono skaner w odległości 260 cm od ściany, przy której ustawiana była osoba badana podczas skanowania,
• wybrano rozdzielczość i liczbę powtórzeń w zakresie skanowania w celu ograniczenia czasu wykonania pojedynczego skanu 3D,
• przeprowadzono testy obszaru skanowania w zakresie 360°,
• zawężono obszar skanowania do wielkości niezbędnej do objęcia całego ciała osoby badanej w pozycjach określających zasięg górny, boczny, przedni oraz w pozycji siedzącej przodem do skanera,
• przeprowadzono testy dla 10 pozycji pomiarowych w celu zweryfikowania metodyki pomiaru całego ciała człowieka z zastosowaniem skanera FARO.

Do pomiaru parametrów antropometrycznych ciała człowieka zastosowano skanery 3D FARO oraz iSense. Z zastosowaniem skanera FARO Focus S zarejestrowano skany całego ciała człowieka w celu wyznaczenia parametrów antropometrycznych takich jak wysokości, długości, szerokości, głębokości, zasięgi ciała człowieka. Z zastosowaniem skanera iSense zarejestrowano skany głowy, ręki, stopy w celu dokładniejszego wyznaczenia parametrów antropometrycznych trzech wybranych części ciała w zakresie długości, szerokości, głębokości.

Wybrano 10 pozycji pomiarowych definiujących pozycję ciała człowieka, które dają możliwość rejestracji jak największej liczby punktów, na podstawie których zostaną wyliczone najważniejsze wymiary całego ciała osoby badanej. Wybrano także pozycje ciała człowieka do przeprowadzenia szczegółowych pomiarów głowy, ręki i stopy z zastosowaniem skanera 3D iSense.

Do badań wybrano łącznie 10 pozycji pomiarowych, w tym 8 pozycji stojących oraz 2 pozycje siedzące:

• pozycja nr 1 – frankfurcka – stojąca przodem, stopy razem, kończyny górne wzdłuż ciała (slajd 2),
• pozycja nr 2 – stojąca przodem w rozkroku, ramiona w bok (slajd 3),
• pozycja nr 3 – stojąca przodem, stopy razem, ramiona w górę,
• pozycja nr 4 –stojąca bokiem, stopy razem – ramiona przy tułowiu, przedramiona równolegle do podłoża,
• pozycja nr 5 –stojąca bokiem, stopy razem, kończyny górne wzdłuż ciała (frankfurcka),
• pozycja nr 6 – stojąca bokiem, stopy razem, ramiona do przodu,
• pozycja nr 7 –stojąca bokiem, stopy razem, kończyny górne wzdłuż ciała (frankfurcka) z płytą ustawioną równolegle do płaszczyzny strzałkowej pomiędzy udami, podudziami, stopami,
• pozycja nr 8 – stojąca bokiem, stopy razem, kończyny górne wzdłuż ciała (frankfurcka) z płytą ustawioną równolegle do płaszczyzny strzałkowej pod ręką, pomiędzy kończyną górną a biodrami (slajd 4),
• pozycja nr 9 – siedząca na taborecie bokiem, kończyny górne wzdłuż ciała, stopy i kolana złączone,
• pozycja nr 10 – siedząca na taborecie przodem, ręce ułożone na udach przy tułowiu, łokcie skierowane w bok, stopy i kolana złączone (slajd 5).

3-8. slajd 2 

3-8. slajd 3

3-8. slajd 4

3-8. slajd 5

Szczegółowe pomiary głowy (slajd 6), ręki (slajd 7) i stopy (slajd 8) przeprowadzono z zastosowaniem skanera iSense. Pomiary głowy i ręki przeprowadzono w pozycji siedzącej z plecami i głową opartą o ścianę (pomiar głowy) lub ręką położoną na stole (pomiar ręki). Ustawienie głowy odpowiadało ustawieniu w pozycji frankfurckiej. W przypadku pomiarów ręki pod palce II-V podkładano podkładki w celu wyeksponowania końców palców podczas skanowania. Palce I-V rozkładano w równych odległościach w celu umożliwienia pomiaru długości poszczególnych palców. Pomiary stopy wykonywano w pozycji stojącej z podparciem mierzonej stopy na wysokości stawu kolanowego kończyny dolnej nie mierzonej tak, aby kąt w stawach skokowo-goleniowym, kolanowym i biodrowym mierzonej kończyny dolnej stopy wynosił 90°. 

3-8. slajd 6

3-8. slajd 7 

3-8. slajd 8

Ze względu na zastosowaniem skanera 3D do pomiarów jedynie w jednej płaszczyźnie dla każdego z pomiarów konieczne było przeprowadzenie pomiarów obwodów części ciała tradycyjnymi metodami z zastosowaniem taśmy mierniczej.

W sposób tradycyjny przeprowadzono pomiary obwodów następujących części ciała:

• obwód głowy,
• obwód szyi,
• obwód ramienia (w rozluźnieniu, w napięciu),
• obwód przedramienia,
• obwód nadgarstka,
• obwód klatki piersiowej (nad biustem, w biuście, pod biustem),
• obwód talii,
• obwód bioder,
• obwód uda,
• obwód podudzia,
• obwód kostki.

Pomiary obwodów wykonywano w pozycji Frankfurckiej z niewielkimi modyfikacjami wynikającymi z konieczności przeprowadzenia pomiaru wybranych obwodów. Pomiary wykonywano prostopadle do osi długich mierzonych części (ramienia, przedramienia, tułowia, uda, podudzia).

Pomiar obwodu głowy wykonywano bezpośrednio nad punktem Glabella z przodu do najbardziej wystającego punktu z tyłu, powyżej uszu. Obwód szyi wykonywano bezpośrednio nad jabłkiem Adama. Pomiar obwodu ramienia wykonywano w połowie odległości pomiędzy punkami Acromion i Radiale w rozluźnieniu – kończyna górna wzdłuż ciała oraz w napięciu – ramię równolegle do podłoża odwiedzona w bok z maksymalnym zgięcie w stawie łokciowym i napięciem mięśnia dwugłowego ramienia. Pomiar obwodu przedramienia wykonywano w najszerszym miejsce poniżej stawu łokciowego. Pomiar obwodu nadgarstka wykonywano w najwęższym część nadgarstka pomiędzy kośćmi przedramienia a ręką. Pomiar obwodu klatki piersiowej dokonywano w trzech miejscach podczas delikatnego oddychania nad biustem, w biuście (na wysokości sutków) oraz pod biustem. Pomiar obwodu talii wykonywano pomiędzy dolnym brzegiem żebra a krętarzem większym miednicy w najwęższym punkcie, przy czym w szczególnych przypadkach, np. przy dużej otyłości obwód mierzono na wysokości pępka. Pomiar obwodu biodra wykonywano na wysokości największej tylnej wypukłości pośladków, co zazwyczaj odpowiadało wysokości spojenia łonowego. Pomiar obwodu uda wykonywano 1 cm poniżej poziomu fałdu pośladkowego w najszerszym miejsce na udzie. Pomiar obwodu podudzia wykonywano w najszerszym miejscy na łydce. Pomiar obwodu kostki wykonywano tuż nad kostką boczną i przyśrodkową.

1. Albin T.J. Design with limited anthropometric data: A method of interpreting sums of percentiles in anthropometric design. Applied Ergonomics 62 (2017) 19-27 .
2. Brolin E, Hogberg D, Hanson L, Ortengren R. Adaptive regression model for synthesizing anthropometric population data. International Journal of Industrial Ergonomics 59 (2017) 46-53.
3. Diffrient N., Tilley A.R., Harman, D.: Humanscale 1/2/3. Cambridge, Mass.: The MIT Press. 1990.
4. Gedliczka A. Atlas miar człowieka – dane do projektowania i oceny ergonomicznej. CIOP Warszawa 2001. ISBN: 8388703382.
5. Khadem M.M., Islam M.A. Development of anthropometric data for Bangladeshi male population. International Journal of Industrial Ergonomics 44 (2014) 407-412.
6. Muzhikov V, Vershinina E, Belenky V, Muzhikov R. Assessing the Links Between Anthropometrics Data and Akabane Test Results. J Acupunct Meridian Stud 2018;11(1):31-38.
7. Nowak E. Atlas antropometryczny populacji polskiej dane do projektowania. IWP Warszawa 2000. ISBN: 83-909358-1-3.
8. Rhie YL, Kim YM, Ahn M, Yun MH. Design specifications for Multi-Function Consoles for use in submarines using anthropometric data of South Koreans. International Journal of Industrial Ergonomics 59 (2017) 8-19.
9. Sadeghi F, Mazloumi A, Kazemi Z. An anthropometric data bank for the Iranian working population with ethnic diversity. Applied Ergonomics 48 (2015) 95-103.
10. PN-90/N-08000 Wymiary ciała ludzkiego. Dane ergonomiczne do projektowania [1990]. Norma wycofana.
11. PN-EN 547-3+A1:2010 – wersja polska. Bezpieczeństwo maszyn -- Wymiary ciała ludzkiego -- Część 3: Dane antropometryczne.
12. PN-80/N-08001 Dane ergonomiczne do projektowania. Granice zasięgu rąk. Wymiary [1980].
13. PN-81/N-08002 Dane ergonomiczne do projektowania. Granice ruchu stopy. Wymiary kątowe [1981].
14. PN-EN ISO 14738:2009 – wersja angielska. Bezpieczeństwo maszyn -- Wymagania antropometryczne dotyczące projektowania stanowisk pracy przy maszynie.
15. PN-EN ISO 15535:2013-04 – wersja angielska. Wymagania ogólne dotyczące ustalania antropometrycznych baz danych.
16. PN-EN ISO 20685-2:2017 – wersja angielska. Ergonomia -- Metodyka skanowania 3D do celów międzynarodowych baz danych antropometrycznych -- Część 2: Protokół oceny kształtu powierzchni i powtarzalności położenia punktów odniesienia.