Dimensions and characteristics of hand for portuguese population

Abstract

Hand is a part of the human body that has a function as an interface between the human being and machine or equipment. Considering the importance of the hand functions, the match between the hand and all hand-related products is critical. When designing products, designers/engineers have to consider the users’ hand anthropometric data, otherwise the output may be not ergonomically compatible with the users’ hand characteristics. It is commonly known that the mismatch between the product size and users’ hand contributes to the decrease of the work performance, users’ discomfort, accidents, injuries, fatigue and musculoskeletal disorders (MSDs). Recent trends on the use of a high variety of hand-related devices, such as mobile phone, tablet, camera, music player, and many other devices, in our daily activities also pointed to the need of knowing the hand anthropometric data of a specific population. Since most people interact with the mentioned devices in single-handed thumb interaction, the thumb reach data of users when operating the devices is needed. Besides, the use of touchscreen technology on the devices also pointed to the need of the data of contact area on the fingertip-touchscreen interaction. Considering the need of the previous mentioned data, this study has been conducted as an effort to provide the relevant data. Forty structural dimensions of the hand, as well as the functional thumb reach when grasping a mobile phone in single-handed posture, and the fingertip contact area when interacting with the flat surface in some selected postures, have been measured. This study found that there are significant differences on hand dimensions when genders are compared. Some significant differences were also found when Portuguese hand dimensions are compared with other populations. The mentioned differences, both between genders and between different nationalities should be considered when designing or selecting hand tools, gloves, and other hand-related products used in everyday activities. Regarding the thumb reach, this study found that the maximum thumb reach of Portuguese female is significantly smaller than that of the Portuguese male. The comfort reachable area of Portuguese female is also smaller than the one from males. For the contact area of the fingertip-flat surface interaction, this study found that the largest contact area occurs in the use of the thumb combined with the lower pitch and no roll angle, and the smallest contact area occurs in the use of index finger with the higher pitch and applying a roll angle. By its turn, the highest touch accuracy is reached in the use of the index finger with a combination of the higher pitch and no roll angle, while the lowest touch accuracy occurs in the use of the thumb, in the lower pitch angle, and with the thumb rolling. In general, the findings of this study are expected to be useful as crucial data for the design of hand-related devices, especially for Portuguese population, due to the current lack of pertinent data. The obtained data is not only useful for product designers/engineers, but also for product distributors, importers/exporters, individuals responsible for providing appropriate hand tools for employee in manufacturing company, and other people involved in the selection and use of hand-held products.

A mão é uma parte do corpo humano que possui uma função de interface entre o ser humano e a máquina ou um equipamento. Considerando a importância das funções assumidas pela mão, a compatibilidade entre esta e os produtos utilizados manualmente é um fator crítico. No projeto de produtos, os designers/engenheiros têm de considerar as características antropométricas das mãos dos utilizadores, caso contrário, o resultado final, em termos de dimensionamento do produto, pode não ser ergonomicamente compatível com as características da mão dos utilizadores. Sabe-se que a incompatibilidade entre as dimensões do produto e as mãos dos utilizadores tem contribuído para a diminuição do desempenho no trabalho, aumento do desconforto, maior ocorrência de acidentes, lesões e fadiga e, igualmente relevante, num aumento das lesões musculoesqueléticas (LME). As tendências recentes mostram um aumento na variedade de dispositivos utilizados manualmente, tais como telemóveis, tablets, câmaras, leitores de música, e muitos outros dispositivos utilizados nas atividades do quotidiano, a qual mostra bem a necessidade de conhecer os dados antropométricos da mão de uma população específica. Como a maioria das pessoas interage com os dispositivos mencionados através da utilização de uma só mão e com o polegar, parece também ser necessário conhecer o alcance do polegar dos utilizadores quando utilizam os dispositivos ou produtos. Além disso, o uso da tecnologia touchscreen nos dispositivos também indica uma necessidade de se conhecer os dados da área de contato durante a interação entre os dedos e o touchscreen. Considerando esta necessidade, o atual estudo constitui um importante contributo para a disponibilização destes dados. Ao longo deste trabalho foram medidas quarenta dimensões estruturais da mão, bem como o alcance funcional do polegar quando se segura um telemóvel numa só mão, e a área de contato entre os dedos e uma superfície plana em algumas posturas selecionadas. Este estudo concluiu que existem diferenças significativas nas dimensões de mão quando se comparam ambos os gêneros. Algumas diferenças significativas também foram identificadas quando se comparam as dimensões da mão da amostra portuguesa com outras populações de outros países. As diferenças mencionadas, quer as existentes nos dois gêneros, quer as verificadas entre as diferentes nacionalidades analisadas, devem ser considerados quando se projetam ou selecionam ferramentas manuais, luvas e outros produtos relacionados com a mão e que são utilizados no nosso dia-a-dia. Em relação ao alcance do polegar, este estudo mostrou que o alcance máximo do polegar da população feminina portuguesa é significativamente menor do que a da população masculina. A área de acesso confortável do polegar da população feminina portuguesa é também menor do que a da população masculina. No que diz respeito à área de contacto entre os dedos e uma superfície plana, este estudo mostrou que a maior área de contacto ocorre no uso do polegar combinado com um ângulo menor e sem rotação do dedo. Por sua vez, a menor área de contacto verifica-se na utilização do dedo indicador, num ângulo maior e com maior rotação do dedo. No que diz respeito à precisão do toque, a maior precisão é obtida com o dedo indicador, combinando um ângulo maior e ausência de rotação, enquanto que a menor precisão ocorre com o polegar, com o menor ângulo de inclinação e com rotação do dedo. Em geral, os resultados deste estudo serão, potencialmente úteis como dados cruciais para a conceção de dispositivos de uso manual, especialmente aqueles que forem concebidos especificamente para a população Portuguesa, dada a atual inexistência deste tipo de dados. Os dados obtidos serão uteis não só para os designers de produto/engenheiros, como também para os distribuidores de produtos, importadores/exportadores e para os responsáveis pela seleção e disponibilização de ferramentas e outros produtos de utilização manual que sejam utilizados em ambientes ocupacionais.