Cinemática de la flexión del tronco en postura sedente. Aproximación basada en el eje instantáneo de rotación

Abstract

[EN] This PhD Thesis presents a research on trunk kinematics in seated posture, applied to defining a biomechanical model of the flexion-extension movement, and exploring the relationship between the trunk movement and the mechanisms of reclining work chairs. This research starts from a new way of characterizing human body movements. The proposed method uses a unified vector notation to analyze velocities as well as finite displacements. The main parameter was the instantaneous axis of rotation, which describes the geometric characteristics of movement, and may be used to interpret how body segments are joined. The analysis is based on explicit formulas, which allow a mathematical estimation of instrumental errors and controlling their size, which is critical in the calculation of the instantaneous axis. The trunk was modeled as a kinematic chain consisting of two rigid bodies (pelvis and thorax) that move relative to the seat. No restrictions were imposed on the movement beforehand, so that this free model let the movement describe itself. We conducted a series of experiments to validate the theory that supported the methodology, to quantify the errors that affected the measures, and to study the trunk movement in relation to a variety of office chairs. These experiments yielded a biomechanical model of trunk flexion in seated posture, that showed a rotation axis of the pelvis higher than former models, and a sequential rotation of lumbar vertebrae. We also studied experimentally the kinematics of reclining chairs mechanisms, and how they altered the movement of the thorax when subjects sat on them. The results of this research provide a new insight on human movement in general, and about seated posture in particular, and they also contribute to developing new ideas about the design of chairs and their relation to trunk mobility

[ES] En esta tesis doctoral se presenta el desarrollo de una investigación sobre la cinemática del tronco en la postura sedente, aplicada a la definición de un modelo biomecánico del movimiento de flexo-extensión, y al estudio de la relación entre el movimiento del tronco y los mecanismos de reclinación de las sillas de trabajo. Esta investigación parte de una nueva forma de caracterizar los movimientos del cuerpo humano. Se ha utilizado una notación vectorial unificada para estudiar las velocidades y los desplazamientos finitos. El principal elemento de estudio ha sido el eje instantáneo de rotación, que describe las características geométricas del movimiento y sirve para interpretar cómo se encuentran articulados los segmentos corporales. El procedimiento de análisis se basa en fórmulas explícitas, que permiten una estimación matemática de los errores instrumentales y controlar su magnitud, aspecto crítico a la hora de calcular los ejes instantáneos de rotación. El tronco se ha modelado como una cadena cinemática formada por dos cuerpos rígidos (pelvis y tórax) que se mueven respecto al asiento. No se ha impuesto ningún tipo de restricción previa al modelo, dejándole libertad para que el movimiento se describiese a sí mismo. Se ha llevado a cabo una serie de experimentos para validar la teoría que da base a la metodología, cuantificar los errores que afectaban a las medidas, y estudiar el movimiento del tronco en relación con una serie de sillas de oficina. Se ha definido un modelo biomecánico de la flexión del tronco en la postura sedente sin respaldo, que presenta un eje de rotación de la pelvis más elevado que el de modelos previos y una rotación secuencial de las vértebras lumbares. Además se ha estudiado experimentalmente la cinemática de los mecanismos de sillas reclinables y cómo se altera el movimiento del tórax al sentarse en ellas. Los resultados obtenidos aportan una nueva visión sobre el movimiento humano en general y el de la postura sedente en particular, y también contribuyen al desarrollo de nuevas ideas sobre el diseño de sillas y su relación con la movilidad del tronco.

[CA] En aquesta tesi doctoral es presenta el desenvolupament d’una investigació sobre la cinemàtica del tronc en la postura sedent, aplicada a la definició d’un model biomecànic del moviment de flexo-extensió, i a l’estudi de la relació entre el moviment del tronc i els mecanismes de reclinació de les cadires de treball. Aquesta investigació parteix d’una nova forma de caracteritzar els moviments del cos humà. S’ha utilitzat una notació vectorial unificada per a estudiar les velocitats i els desplaçaments finits. El principal element d’estudi ha estat l’eix instantani de rotació, que descriu les característiques geomètriques del moviment i serveix per a interpretar com es troben articulats els segments corporals. El procediment d’anàlisi es basa en fórmules explícites, que permeteixen una estimació matemàtica dels errors instrumentals i controlar la seva magnitud, aspecte crític a l’hora de calcular els eixos instantanis de rotació. El tronc s’ha modelat com una cadena cinemàtica formada per dos cossos rígids (pelvis i tòrax) que es mouen respecte al seient. No s’ha imposat cap tipus de restricció prèvia al model, deixant llibertat per a que el moviment es descriga a si mateix. S’ha dut a terme una sèrie d’experiments per a validar la teoria que dóna base a la metodologia, quantificar els errors que afectaven a les mesures, i estudiar el moviment del tronc en relació amb una sèrie de cadires d’oficina. S’ha definit un model biomecànic de la flexió del tronc en la postura sedent sense respatller, que presenta un eix de rotació de la pelvis més elevat que el considerat per models previs i una rotació seqüencial de les vèrtebres lumbars. A més s’ha estudiat experimentalment la cinemàtica dels mecanismes de cadires reclinables i com s’altera el moviment del tòrax al seure-hi. Els resultats obtinguts aporten una nueva visió sobre el moviment humà en general i el de la postura sedent en particular, i també contribueixen al desenvolupament de noves idees sobre el disseny de cadires i la seva relació amb la mobilitat del tronc.