Evaluation of force requirements and posture in manual coffee harvesting

Abstract

Manual coffee harvesting is a common agricultural task, used around the world, with the potential risk for the development of Musculoskeletal Disorder (MSD). This research evaluates the hand and wrist biomechanical risks that workers undergo while harvesting coffee using two manual methods: selective picking and scraping. To evaluate the biomechanical risks associated with the possibility of developing MSDs, the research employed qualitative and quantitative methods such as an adapted Nordic Questionnaire, Rapid Upper Limb Assessment (RULA), Hand Activity Level (HAL) and Regression Analysis. The qualitative assessment results showed that 43% of the sample reported experiencing pain in the hands and wrists in the previous year. This result was related to the findings from the RULA postural analysis, where 60% of the cases, out of 21 evaluations, reflected that the task should be evaluated more thoroughly and changed soon or immediately. In addition, the RULA evaluation evidenced the need to include: tree height, use of a harvesting basket and harvesting method as relevant variables in the postural analysis. The quantitative analysis demonstrated empirical evidence of finger grip and pinch forces between 0.006 N and 21 N in both harvesting methods studied. Also, HAL results suggest that the task has a risk potential for developing MSDs, as exertion forces and frequency of movements showed that 82% of the sensors with highest force activity resulted in hand activity levels above the desired Action Limit for the selective method in comparison to 38% of sensors during the scraping method. Finally, the regression analysis used to predict hand forces, using the qualitative factors and Principal Component Analysis to reduce model complexity, was not appropriate to model the hand forces data obtained from the field study.

La recolección manual de café es una tarea agrícola común, utilizada en todo el mundo, con el riesgo potencial de desarrollar desórdenes musculo-esqueletales (DTA). Esta investigación evalúa los riesgos biomecánicos de la mano y la muñeca que experimentan los trabajadores mientras cosechan el café usando dos métodos manuales: selección selectiva y raspado. Para evaluar los riesgos biomecánicos asociados con la posibilidad de desarrollar DTA, la investigación empleó métodos cualitativos y cuantitativos, tales como un cuestionario nórdico adaptado, evaluación rápida de miembro superior (RULA), nivel de actividad de mano (HAL) y análisis de regresión. Los resultados de la evaluación cualitativa mostraron que el 43% de la muestra informó haber experimentado dolor en las manos y muñecas el año anterior. Este resultado se relacionó con los hallazgos del análisis postural RULA, donde el 60% de los casos, de 21 evaluaciones, reflejaba que la tarea debería evaluarse más a fondo y cambiarse pronto o inmediatamente. Además, la evaluación RULA evidenció la necesidad de incluir: la altura del árbol, el uso de una cesta de recolección y el método de cosecha como variables relevantes en el análisis postural. El análisis cuantitativo demostró evidencia empírica de fuerzas de agarre con los dedos entre 0.006 N y 21 N en ambos métodos de cosecha estudiados. Además, los resultados de HAL sugieren que la tarea tiene un riesgo potencial de desarrollar DTA, ya que las combinaciones de fuerzas y la frecuencia de movimientos demostraron que el 82% de los sensores con mayor actividad de fuerza resultaron con niveles de actividad manual superiores al límite de acción deseado para el método selectivo en comparación al 38% de los sensores durante el método de raspado. Finalmente, el análisis de regresión utilizado para predecir las fuerzas de la mano, utilizando los factores cualitativos y el análisis de componentes principales para reducir la complejidad del modelo, no fue apropiado para modelar los datos de las fuerzas de mano obtenidas del estudio de campo.