ISO/TR 10687:2012
(Main)Mechanical vibration— Description and determination of seated postures with reference to whole-body vibration
Mechanical vibration— Description and determination of seated postures with reference to whole-body vibration
ISO/TR 10687:2012 summarizes descriptive quantities for those responsible (e.g. scientists, safety engineers) for determination of postures for a seated person who is exposed to whole-body vibration. It is the intention that the results of different methods which also are summarized can be easily related to these quantities and that they allow for a common terminology between practitioners. The postures determined can also be used as a basis for further investigation or as a means of comparison for different methods. Although some of the approaches described here can be applied to standing or recumbent positions, additional considerations are likely to be required in these cases. Additionally, ISO/TR 10687:2012 deals with dynamic postures where body angles or associated movements are determined visually or by measuring points on the skin or clothing. ISO/TR 10687:2012 does not recommend sampling strategies or evaluation methods.
Vibrations mécaniques — Description et détermination des postures assises en référence à des vibrations transmises à l'ensemble du corps
L'ISO/TR 10687:2012 recense des quantités descriptives à l'usage des personnes (par exemple scientifiques, spécialistes de la sécurité) chargées de déterminer les postures d'une personne assise exposée à des vibrations globales du corps. Son but est de permettre une mise en relation aisée des résultats de différentes méthodes, qui sont également recensées, et de ces quantités et de définir une terminologie commune à tous les praticiens. Les postures déterminées peuvent également servir de base à de futures recherches ou de moyen de comparaison entre différentes méthodes. Bien que certaines des approches décrites ici puissent s'appliquer à des positions debout ou couché, des éléments supplémentaires seront certainement nécessaires dans ces cas de figure. En outre, l'ISO/TR 10687:2012 traite de postures dynamiques où les angles du corps ou mouvements associés sont déterminés visuellement ou en mesurant des points sur la peau ou sur les vêtements. L'ISO/TR 10687:2012 ne préconise pas de stratégies de mesure ou de méthodes d'évaluation.
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 10687
First edition
2012-07-01
Mechanical vibration — Description and
determination of seated postures with
reference to whole-body vibration
Vibrations mécaniques — Description et détermination des postures
assises en référence à des vibrations transmises à l'ensemble du corps
Reference number
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ISO/TR 10687:2012(E)
Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Description of posture quantities . 1
2.1 General . 1
2.2 Points on the body . 1
2.3 Flexions and axial rotations . 3
2.4 Symbols . 4
3 Biomechanical background . 4
3.1 General . 4
3.2 Spinal segments . 4
3.3 Body segments apart from the spine . 5
3.4 Other quantities . 5
4 Coordinate system . 5
5 Characterization of postures . 6
5.1 General . 6
5.2 Postural information . 6
5.3 Other information . 12
6 Methods for determination of posture quantities . 13
7 Measurement errors . 14
Annex A (informative) Examples for the application to different body segments . 15
Bibliography . 21
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ISO/TR 10687:2012(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
In exceptional circumstances, when a technical committee has collected data of a different kind from that
which is normally published as an International Standard (“state of the art”, for example), it may decide by a
simple majority vote of its participating members to publish a Technical Report. A Technical Report is entirely
informative in nature and does not have to be reviewed until the data it provides are considered to be no
longer valid or useful.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO/TR 10687 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 4, Human exposure to mechanical vibration and shock.
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ISO/TR 10687:2012(E)
Introduction
Seated persons exposed to whole-body vibration carry a risk for low-back pain and for spinal degeneration
which is most likely increased by unfavourable postures. However, the biomechanical mechanism of this
increase is not fully understood.
It is therefore necessary, as a first step, to determine the posture and ergonomic environment of a seated
person with special focus on the spine.
To this end, this Technical Report summarizes descriptive quantities that
are likely to be relevant for the assessment of adverse health effects due to whole-body vibration and
unfavourable seated posture;
can be determined using a variety of methods;
are in accordance with the description of static, unfavourable seated postures as far as angles of body
segments are concerned;
include additional information, e.g. the presence of arm- or backrests.
It is recommended that the whole set of quantities be reported in order to
facilitate the comparison of seated postures;
be able to compare different methods for the determination of the seated posture;
permit further investigation, e.g. in biomechanical laboratories, on the basis of the determined seated
postures.
Due to limitations of the applied assessment methods, it might be necessary to combine different methods in
order to be able to report a complete list of quantities.
This Technical Report does not recommend sampling strategies or evaluation methods.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 10687:2012(E)
Mechanical vibration — Description and determination of
seated postures with reference to whole-body vibration
1 Scope
This Technical Report summarizes descriptive quantities for those responsible (e.g. scientists, safety
engineers) for determination of postures for a seated person who is exposed to whole-body vibration. It is the
intention that the results of different methods which also are summarized can be easily related to these
quantities and that they allow for a common terminology between practitioners. The postures determined can
also be used as a basis for further investigation or as a means of comparison for different methods. Although
some of the approaches described here can be applied to standing or recumbent positions, additional
considerations are likely to be required in these cases.
[4]
NOTE 1 This work is closely related to International Standards which focus on static postures (ISO 11226 ) or on
[3]
radiologically accessible landmarks, i.e. points on the body (ISO 8727 ).
Additionally, this Technical Report deals with dynamic postures where body angles or associated movements
are determined visually or by measuring points on the skin or clothing.
[3] [4]
NOTE 2 Nevertheless, ISO 8727 and ISO 11226 put forward principles for further extensions which are followed in
this Technical Report, in particular for measurements of body angles.
This Technical Report does not recommend sampling strategies or evaluation methods.
2 Description of posture quantities
2.1 General
This clause summarizes the description of measurable quantities used in 5.2. The basis of the descriptions is
the points on the body as shown in Figure 1.
2.2 Points on the body
With the help of the points on the body presented in Figure 1, lines and planes can be defined, which in turn
define a posture. They are chosen in such a way that their position in space is relevant for the strain on the
spine.
A line between two points is represented by the respective normalized vector, v. A plane is represented by
l
three points and a normalized vector, v , perpendicular to that plane.
pl
Their angles with respect to the coordinate system can in turn be correlated to movements of parts of the
spine that are considered to be independent from one another.
A general vector in the coordinate system described in Clause 4 is represented in Figure 2.
Having defined suitable points on the body, two markers for optical measurement systems determine a line, v ,
l
and three markers are needed for a plane, v . Triaxial accelerometers, on the other hand, combined with, e.g.
pl
gyroscopes or magnetic sensors, offer a possibility to measure a (local) line, v , with only one sensor unit.
l
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ISO/TR 10687:2012(E)
Key
7 T (spinous process)
1 left lateral canthus
3
8 L (spinous process)
2 left tragus
5
9 L (spinous process)
3 right tragus
3
10 L (spinous process)
4 left acromion
1
5 right acromion 11 left greater trochanter
6 C (spinous process)
12 right greater trochanter
7
Figure 1 — Sketch of the human body with landmarks, i.e. points on the body that should be
monitored if using a marker-based measurement system
Figure 2 — Cartesian coordinate system for a general vector, v
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ISO/TR 10687:2012(E)
Experiments that do not measure the absolute posture in space, but a relative posture, should measure the
reference (the upright standing or seated posture) in the Cartesian coordinate system of Clause 4 in order to
be able to transform their data later.
2.3 Flexions and axial rotations
Once the posture of a part of the body is defined by a vector, v, its sagittal flexion can be defined by the angle
xz
of the projection of v on to the xz-plane and the z-axis:
flex
x
v
xz
arctan (1)
flex
z
v
x
This is shown in Figure 3 a). A sagittal extension is given by v < 0. The lateral flexion is defined accordingly
by the angle of the projection of v on to the yz-plane and the z-axis:
y
v
yz
arctan (2)
flex
z
v
y
Here, the sign of v determines left and right lateral flexion.
a) Sagittal flexion of a vector v b) Rotation of a vector v
Figure 3 — Sagittal flexion and rotation of a vector v
The effects of flexions and extension on a given vector v parallel to z can be described by applying a rotary
rot
1
matrix to that vector D , vv where are the polar angles of v . Consequently, the effects can
rot rot
rot
be eliminated by the inverse rotary matrix vD , v . This is used to describe axial rotation
rot rot
independently from flexions and extension.
If v is the rotation axis around which another unit vector v is rotated, and if vD ,v is parallel to z,
rot rot rot
then v′ = D(,)v defines the vector v′ which in this Technical Report is always chosen to be orthogonal to v
rot
and z, see Figure 3 b).
This defines the rotation angle of v around v , independent from flexions and extension, with respect to y by
rot
the scalar product
= arccos(v′ y) (3)
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This is illustrated in Figure 3 b).
Annex A gives examples for the application of these definitions to different body segments. Angles pertinent to
different body segments are shown in 5.2.2 to 5.2.10.
2.4 Symbols
C to C vertebrae of the cervical spine
1 7
D rotary matrix
L to L vertebrae of the lumbar spine
1 5
N normalization constant
T to T vertebrae of the thoracic spine
1 12
subscripts indicating the thoracic and lumbar spine
th, ls
v AB vector between points A and B
x y z
v (v , v , v ) vector, represented by its Cartesian coordinates
v′ Dv vector without influence of flexion and extension
x, y, z unit vectors of the Cartesian coordinate system
angle between two vectors
polar angles, the z-axis of the coordinate system as polar axis
3 Biomechanical background
3.1 General
This clause provides the biomechanical background for the selection of relevant quantities with respect to the
spinal load of seated persons subject to whole-body vibration.
3.2 Spinal segments
In order to describe the spinal load as closely as possible, the range of motion of different parts of the spine in
flexion, extension, and axial rotation has to be considered. A summary is given in Table 1 which indicates that
the lumbar, thoracic and cervical spine show different mobility and should, therefore, be treated separately.
Table 1 — Maxima and minima of spinal tolerances towards movement according to Reference [6]
Type of movement Maxima (vertebrae) Minima (vertebrae)
Sagittal flexion C /C , C /C , L /L T /T
0 1 4 5 4 5 9 10
Sagittal extension C /C , C /C , L /S T /T
0 1 4 5 5 1 9 10
C /C , C /T , L /L T /T
Lateral flexion
1 2 7 1 3 4 5 6
Axial Rotation C /C , T /L T /T
1 2 12 1 5 6
NOTE C is the occiput.
0
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Due to the large mobility in the cervical spine (vertebrae C to C ), it is more feasible to describe its movement
1 7
by the position of the head (sagittal flexion/extension, lateral flexion, axial rotation).
The thoracic spine (vertebrae T to T ) is separated from the lumbar spine by a distinct minimum for all types
1 12
of movement. Therefore, the axial rotation, sagittal flexion/extension and lateral flexion of the thoracic spine
are investigated separately.
The lower part of the lumbar spine is closely connected to the pelvis. The forward and backward tilting of the
pelvis leads concomitantly to the lordosis or kyphosis of the lumbar spine (vertebrae L to L ). This is an
1 5
[4]
additional degree of freedom which has already been addressed in ISO 11226. As for the other degrees of
freedom of the lumbar spine, it is sufficient to measure the sagittal flexion/extension and lateral flexion, since
the axial rotation is negligible for the seated person.
3.3 Body segments apart from the spine
Appendicular body segments (i.e. the upper and lower limb) are known to affect the biomechanical response
of the seated body. The position of the lower limb can affect the apparent mass and transmissibility as can the
position of the upper limb. For drivers, the position of the upper limb can be dictated by the nature of the
driving task, the nature and position of controls. The position of the lower limb can be dictated by the presence
of pedals, the seat height, and upholstery in the vehicle.
In order to fully describe the position and loading on the spine of the seated subject, it is necessary to
consider the position of all body segments as this affects the position of the centre of mass which the
musculoskeletal system is required to support.
3.4 Other quantities
Detailed segmental positions alone do not fully describe the loading on the body. For example, one set of
segment angles could be stable or unstable depending on whether a seat was present or not. Similarly, they
do not allow for a description of the biomechanical response as it is known that the presence of a backrest
affects the apparent mass and transmissibility.
4 Coordinate system
In most cases, the person is seated in a vehicle with the position of the pelvis in the seat pointing forward.
Because the direction of the seat might not correspond to the direction of motion of the vehicle, the seat might
not have a clear front (e.g. a stool) or the coordinate systems used in other whole-body vibration standards,
[1]
e.g. ISO 2631-1, may not match this coordinate system; consequently, appropriate transformations can be
necessary.
A suitable coordinate system resembles an external polar coordinate system. It consists of orthogonal unit
vectors x, y, and z. The vector x is fore-aft at the pelvis; y is lateral and left at the pelvis and z is vertical at the
pelvis (Figure 4). For upright seated persons, the vector z opposes gravity. The y-axis of the coordinate
system is parallel to the y-axis of the pelvis, given by the line that connects the greater trochanters. This
coordinate system is the basis for all variables concerning the movements of the spine described in Clause 5.
NOTE 1 The line that connects the greater trochanters is not necessarily the rotational axis of the pelvis. Within the
levels of accuracy of this Technical Report, this is acceptable.
If the pelvis orientation does not correspond to the seat orientation, the coordinate system rotates with the
pelvis. This might be the case, e.g. when the driver is leaning out of the window or is driving backwards for a
longer time. Then the coordinate system should be transformed in such a way that the transformed coordinate
system’s new y-axis is again parallel to the y-axis of the pelvis and the angle of old and new z-axis is minimal.
If there is spinal axial rotation, the origin is defined at the pelvis.
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NOTE 2 In this case, the transformed coordinate system does not correspond to the coordinate system of the seated
[1]
person in the measurement standard for whole-body vibration (ISO 2631-1 ). Both coordinate systems can be associated
with each other by a unitary transformation.
NOTE 3 In many cases, additional transformations are necessary when the seat coordinate system is not in line with
the vehicle coordinate system.
NOTE The y-axis is parallel to the line that connects the greater trochanters (circles).
Figure 4 — Cartesian coordinate system for a seated person
5 Characterization of postures
5.1 General
In order to characterize a posture, the quantities in this clause should be determined. For postural information,
e.g. angles of body segments, see 5.2; for other information which should be collected in order to describe the
ergonomic environment, e.g. whether arm- or backrests are present or not, see 5.3.
5.2 Postural information
5.2.1 Angles of body segments
This subclause describes 13 angles of body segments (see Table 2) with respect to the coordinate system
defined in Clause 4. The sign of flexion angles is positive when the flexion resembles a clockwise movement.
Every body segment is represented by a line between two points on the body of the person as in
[4]
ISO 11226. These points are palpable landmarks on the skin or the surface of the clothing in accordance
[3]
with ISO 8727. Transducers or markers can be fixed at these points or alternative techniques can be applied
such as goniometry, video or visual analysis to provide equivalent data.
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These body segment angles might continuously or periodically change during a measurement. The nature of
movement should be described.
Figure 1 presents a sketch of the human body together with a possible set of points for the description of the
movement of the respective body segments. The latter are summarized in Table 2.
Table 2 — Body segments and their movements as described by the position
of attributed points of the body according to Figure 1
Body segment Movement/angle Necessary points
Sagittal flexion, extension 1 to 3
Head/cervical spine Lateral flexion 1 to 3
Axial rotation 1 to 5
Sagittal flexion, extension 6, 7
Position of the backrest 6, 7
Thoracic spine
Lateral flexion 6, 7
Axial rotation 4 to 7
Sagittal flexion, extension 8, 10
Position of the backrest 8, 10
Lumbar spine
Lateral flexion 8, 10
Curvature (kyphosis, lordosis) 8 to 10
Tilt 11, 12
Pelvis
Axial rotation 11,12
Body angles that are listed in Table 2 are described in 5.2.2 to 5.2.10. In the case of simultaneous movements,
the descriptions have to be adapted accordingly.
5.2.2 Sagittal flexion, extension of the head
For a person in an upright standing position, the angle between the tragus and canthus with respect to the x-
axis should be indicated (Figure 5). Looking straight ahead is represented by 0°. Looking downward results in
positive angles.
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Figure 5 — Sagittal flexion, extension of the head
5.2.3 Lateral flexion of the head
For lateral flexion the angle between the z-axis and a line that is orthogonal to the line between the left and
right tragus should be declared (Figure 6). Angles to the left are negative.
Figure 6 — Lateral flexion of the head
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5.2.4 Axial rotation of the head
The axial rotation of the head is given by the angle between the shoulder line and the line between the left and
right tragus for an unbent cervical spine (Figure 7). This leads to a torsion within the cervical spine. Angles to
the right are negative.
Figure 7 — Axial rotation of the head
5.2.5 Sagittal flexion/extension of the lumbar and thoracic spine
In the absence of lateral flexions and axial rotations, the sagittal movement of the lumbar (or thoracic) spine
should be described by the angle between the z-axis and the line between L and L (T and C ), see Figure 8.
1 5 3 7
Backward angles are negative. The position of the person while in contact with the backrest can be described
by the sagittal extension of the lumbar and thoracic spine as seen in Figure 8.
Figure 8 — Sagittal flexion/extension of the lumbar and thoracic spine
5.2.6 Lateral flexion of the lumbar and thoracic spine
In the absence of sagittal flexions and extensions or torsions, one can define the lateral flexion of the lumbar
(thoracic) spine by the angle between the z-axis and the line between L and L (T and C ) (Figure 9). Angles
1 5 3 7
to the left are negative.
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Figure 9 — Lateral flexion of the lumbar and thoracic spine
5.2.7 Axial rotation of the thoracic spine
The axial rotation of the thoracic spine in an upright posture is given by the angle between the left and right
acromion and the y-axis of the coordinate system (Figure 10). This leads to a torsion within the thoracic and
lumbar spine. Angles to the right are negative.
Figure 10 — Axial rotation of the thoracic spine
5.2.8 Curvature of the lumbar spine (kyphosis, lordosis)
The curvature of the lumbar spine is given by the angle between L , L and L . The curvature is kyphosis, if
1 3 5
the angle opens to the front of the person (Figure 11), and lordosis if the angle opens to the back of the
person.
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Figure 11 — Curvature of the lumbar spine (kyphosis)
5.2.9 Tilt of the pelvis
In most cases, the position of the pelvis is in the seat. When the driver is, for example, leaning out of the
window, then the pelvis is tilted. The tilt angle is given by the line between the greater trochanters and the
horizontal (Figure 12). Leaning to the left results in negative tilt angles.
In this case, the coordinate system (see Clause 4) changes.
Figure 12 — Tilt of the pelvis
5.2.10 Axial rotation of the pelvis
If the pelvis is rotated on the seat surface, the coordinate system (see Clause 4) changes. The axial rotation
angle is given by the line between the greater trochanters and the old y-axis (Figure 13). A clockwise axial
rotation, as viewed from above, leads to negative axial rotation angles.
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ISO/TR 10687:2012(E)
Figure 13 — Axial rotation of the pelvis
5.3 Other information
5.3.1 General
Other information should provide sufficient data to understand internal and external loading on the body. This
can be split into body support, controls and external loading. For example, the angle of the legs can affect the
pelvis and trunk posture. The consequences of this information on the posture of the upper and lower limbs
should be described (see 3.3).
5.3.2 Body support
Each contact point supporting the body should be described.
Feet flat on floor/on heels/free hanging/on pedals
Seat pan angle and length of contact
Seat back angle and height of contact
Headrest contact/no contact
Armrest no/yes (dimensions)
Grip grab rail/steering wheel/joystick/other
Other
5.3.3 Controls
Primary controls should be described. Primary controls can change during different phases of a work cycle.
Foot controls are controlled by the feet; hand controls are controlled by motion of the arm or wrist; finger
controls are controlled by motion of the fingers.
Foot controls control type, continuous/intermittent operation, (legs stretched? no / yes)
Hand controls control type, continuous/intermittent operation, (arms stretched? no / yes)
Finger controls control type, continuous/intermittent operation, (arms stretched? no / yes)
12 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO/TR 10687:2012(E)
Other
It is recommended to record the position of the controls with respect to the seat.
5.3.4 External loading
External loading can come from items mounted on the body. Some of these items are designed to restrict
body movement (e.g. harnesses, some protective equipment). Where appropriate, the masses of these items
should be reported.
Harness seatbelt/harness type
Protective equipment helmet/body armour/buoyancy aid/other
Equipment pack/weapon/tools/other
Other
6 Methods for determination of posture quantities
6.1 General. The posture of persons can be determined in a variety of ways. Some of the most common
methods are described here but this list is not comprehensive and should not impede innovation. Several
methods described here require specialized measurement equipment.
6.2 Optical methods have been applied to assess posture simultaneously with whole-body vibration in the
laboratory and in the field as shown e.g. in References [7][8]. Generally, they measure the position of markers
on the surface of the skin or clothing of the test person. Dedicated cameras and software can be used to track
these markers and determine the relevant angles. One problem with optical markers is that complex software
is needed to evaluate results from multi-camera measurements. Some optical systems cannot be used
outdoors during the day.
6.3 Ultrasonic sensors determine the propagation of ultrasound via the skin and deduce information on
posture by comparing the actual signal to a set of reference positions (leaning in the backrest, forward
inclination, etc.; for an example see Reference [9]). The choice of these reference positions determines the
number of quantities that are accessible and the connection to the definitions of this Technical Report is more
difficult.
6.4 Electro-goniometers measure segment angles directly using devices which are mounted across a joint.
They can be obscured from view and do not require cameras. Some problems with electro-goniometers
include the bulk and routing of cables for multiple measurement sites and potentially erroneous
measurements if the device is unable to bend freely.
6.5 Other transducer-based methods include: gyrometers, magnetometers and accelerometers which
can be fixed on the surface of the skin or clothing. Fo
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 10687
Première édition
2012-07-01
Vibrations mécaniques — Description et
détermination des postures assises en
référence à des vibrations transmises à
l'ensemble du corps
Mechanical vibration — Description and determination of seated
postures with reference to whole-body vibration
Numéro de référence
ISO/TR 10687:2012(F)
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Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . v
1 Domaine d'application . 1
2 Définition des quantités descriptives des postures . 1
2.1 Généralités . 1
2.2 Points du corps . 1
2.3 Flexions et rotations axiales . 3
2.4 Symboles . 4
3 Notions de base de biomécanique . 4
3.1 Généralités . 4
3.2 Segments vertébraux . 5
3.3 Segments corporels autres que la colonne vertébrale . 5
3.4 Autres quantités . 5
4 Système de coordonnées . 6
5 Caractérisation des postures . 6
5.1 Généralités . 6
5.2 Informations relatives aux postures . 6
5.3 Autres informations . 13
6 Méthodes de détermination des quantités relatives à la posture . 14
7 Erreurs de mesurage . 15
Annexe A (informative) Exemples d'application à différents segments corporels . 16
Bibliographie . 22
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ISO/TR 10687:2012(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
Exceptionnellement, lorsqu'un comité technique a réuni des données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme Normes internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l'état
de la technique par exemple), il peut décider, à la majorité simple de ses membres, de publier un Rapport
technique. Les Rapports techniques sont de nature purement informative et ne doivent pas nécessairement
être révisés avant que les données fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO/TR 10687 a été élaboré par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, et leur
surveillance, sous-comité SC 4, Exposition des individus aux vibrations et chocs mécaniques.
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ISO/TR 10687:2012(F)
Introduction
Les personnes assises exposées à des vibrations globales du corps risquent de présenter des douleurs
lombaires et une dégénérescence vertébrale qui sont le plus souvent aggravées par des postures
défavorables. Le processus biomécanique de cette aggravation n'est toutefois pas totalement compris.
Il est donc nécessaire, dans un premier temps, de déterminer la posture et l'environnement ergonomique
d'une personne assise, en étudiant tout particulièrement la colonne vertébrale.
Pour ce faire, le présent Rapport technique recense des quantités descriptives qui
semblent appropriées pour l'évaluation des effets néfastes sur la santé de l'exposition à des vibrations
globales du corps et d'une posture assise défavorable,
peuvent être déterminées au moyen de différentes méthodes,
permettent la description de postures assises défavorables statiques du point de vue des angles des
segments corporels,
intègrent des informations supplémentaires, par exemple la présence d'un accoudoir ou d'un dossier.
Il est recommandé de faire état de l'ensemble des quantités pour
faciliter la comparaison des postures assises,
permettre la comparaison de différentes méthodes de détermination de la posture assise,
permettre des recherches ultérieures, par exemple dans des laboratoires de biomécanique, sur la base
des postures assises déterminées.
Les méthodes d'évaluation appliquées étant limitées, il peut être nécessaire de combiner plusieurs méthodes
pour être en mesure de produire une liste complète de quantités.
Le présent Rapport technique ne préconise pas de stratégies de mesure ou de méthodes d'évaluation.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 10687:2012(F)
Vibrations mécaniques — Description et détermination des
postures assises en référence à des vibrations transmises à
l'ensemble du corps
1 Domaine d'application
Le présent Rapport technique recense des quantités descriptives à l'usage des personnes (par exemple
scientifiques, spécialistes de la sécurité) chargées de déterminer les postures d'une personne assise exposée
à des vibrations globales du corps. Son but est de permettre une mise en relation aisée des résultats de
différentes méthodes, qui sont également recensées, et de ces quantités et de définir une terminologie
commune à tous les praticiens. Les postures déterminées peuvent également servir de base à de futures
recherches ou de moyen de comparaison entre différentes méthodes. Bien que certaines des approches
décrites ici puissent s'appliquer à des positions debout ou couché, des éléments supplémentaires seront
certainement nécessaires dans ces cas de figure.
[4]
NOTE 1 Ce travail est étroitement lié aux Normes internationales portant sur les postures statiques (ISO 11226 ) ou
[3]
sur les repères accessibles par l'imagerie, par exemple des points du corps (ISO 8727 ).
En outre, le présent Rapport technique traite de postures dynamiques où les angles du corps ou mouvements
associés sont déterminés visuellement ou en mesurant des points sur la peau ou sur les vêtements.
[3] [4]
NOTE 2 L'ISO 8727 et l'ISO 11226 présentent toutefois des principes relatifs à d'autres extensions qui sont suivis
dans le présent Rapport technique, notamment pour le mesurage des angles du corps.
Le présent Rapport technique ne préconise pas de stratégies de mesure ou de méthodes d'évaluation.
2 Définition des quantités descriptives des postures
2.1 Généralités
Le présent article récapitule les quantités mesurables utilisées en 5.2. Les points du corps montrés à la
Figure 1 servent de base aux descriptions.
2.2 Points du corps
À l'aide des points du corps présentés à la Figure 1, on peut définir des lignes et des plans qui, à leur tour,
définissent une posture. Ils sont choisis de manière à ce que leur position dans l'espace soit représentative de
la charge sur la colonne vertébrale.
Une ligne entre deux points est représentée à chaque fois par le vecteur normalisé, v . Un plan est représenté
l
par trois points et un vecteur normalisé, v , perpendiculaire à ce plan.
pl
Leurs angles par rapport au système de coordonnées peuvent à leur tour être corrélés à des mouvements de
parties de la colonne vertébrale qui sont considérées comme indépendantes les unes des autres.
Un vecteur général dans le système de coordonnées décrit à l'Article 4 est représenté à la Figure 2.
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ISO/TR 10687:2012(F)
Une fois définis les points du corps appropriés, deux marqueurs destinés aux systèmes de mesurage optique
déterminent une ligne, v, et trois marqueurs sont nécessaires pour un plan, v . D'autre part, des
l pl
accéléromètres triaxiaux combinés, par exemple, à des gyroscopes ou des capteurs magnétiques, offrent une
possibilité de mesurer une ligne (locale), v , avec un seul capteur.
l
Légende
1 canthus latéral gauche 7 T (apophyse épineuse)
3
2 tragus gauche 8 L (apophyse épineuse)
5
3 tragus droit 9 L (apophyse épineuse)
3
4 acromion gauche 10 L (apophyse épineuse)
1
5 acromion droit 11 grand trochanter gauche
6 C (apophyse épineuse) 12 grand trochanter droit
7
Figure 1 — Schéma du corps humain portant des repères, c'est-à-dire des points du corps qu'il
convient de surveiller si l'on utilise un système de mesurage basé sur des marqueurs
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Figure 2 — Système de coordonnées cartésiennes pour un vecteur général, v
Il convient que les expériences ne mesurant pas la posture absolue dans l'espace, mais une posture relative,
mesurent la référence (la posture debout ou assise droite) dans le système de coordonnées cartésiennes de
l'Article 4, pour permettre une conversion ultérieure des données.
2.3 Flexions et rotations axiales
Une fois que la posture d'une partie du corps est définie par un vecteur, v, sa flexion sagittale peut être définie
xz
par l'angle de la projection de v sur le plan xz et l'axe des z:
flex
x
v
xz
arctan (1)
flex
z
v
x
L'illustration en est donnée à la Figure 3 a). Une extension sagittale est donnée par v 0 . La flexion latérale
est définie, en conséquence, par l'angle de la projection de v sur le plan yz et l'axe des z:
y
v
yz
arctan (2)
flex
z
v
y
Ici, le signe de v détermine la flexion latérale gauche ou droite.
a) Flexion sagittale d'un vecteur v b) Rotation d'un vecteur v
Figure 3 — Flexion sagittale et rotation d'un vecteur v
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Les effets des flexions et de l'extension sur un vecteur donné v parallèle à z peuvent être décrits en
rot
1
appliquant une matrice de rotation à ce vecteur D ,v v , où sont les angles polaires de v .
rot rot rot
Ces effets peuvent donc être éliminés en appliquant la matrice de rotation inverse vD ,v . C'est la
rot rot
méthode utilisée pour décrire une rotation axiale indépendamment des flexions et de l'extension.
Si v est l'axe de rotation autour duquel tourne un autre vecteur unitaire v et si vD ,v est
rot rot rot
parallèle à z, alors vD ,v définit le vecteur v qui, dans le présent Rapport technique, est toujours
choisi de manière à être orthogonal à v et à z [voir Figure 3 b)].
rot
L'angle de rotation de v autour de v par rapport à y est défini, indépendamment des flexions et de
rot
l'extension, à partir du produit scalaire suivant:
arccosvy (3)
Ceci est illustré à la Figure 3 b).
L'Annexe A donne des exemples d'application de ces définitions à différents segments corporels. Des angles
pertinents pour différents segments corporels sont indiqués de 5.2.2 à 5.2.10.
2.4 Symboles
C à C vertèbres de la colonne cervicale
1 7
D matrice de rotation
L à L vertèbres de la colonne lombaire
1 5
N constante de normalisation
T à T vertèbres de la colonne thoracique
1 12
th, ls indices pour la colonne thoracique et la colonne lombaire
v AB vecteur entre les points A et B
x yz
v(,vv,v) vecteur, représenté par ses coordonnées cartésiennes
vD v vecteur sans l'incidence d'une flexion ou d'une extension
xy,,z vecteurs unitaires du système de coordonnées cartésiennes
angle entre deux vecteurs
angles polaires, l'axe des z du système de coordonnées étant pris comme axe polaire
3 Notions de base de biomécanique
3.1 Généralités
Cet article fournit les notions de base de biomécanique pour la sélection de quantités pertinentes concernant
la charge vertébrale de personnes assises exposées à des vibrations globales du corps.
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3.2 Segments vertébraux
Pour décrire la charge vertébrale avec le plus de précision possible, il faut prendre en compte la mobilité des
différentes parties de la colonne vertébrale en flexion, en extension et en rotation axiale. Une synthèse en est
donnée dans le Tableau 1; elle indique que les parties lombaire, thoracique et cervicale de la colonne
vertébrale ont une mobilité différente et qu'il convient par conséquent de les traiter séparément.
Tableau 1 — Maxima et minima des tolérances de mouvement de la colonne vertébrale
selon la Référence [6]
Type de mouvement Maxima (vertèbres) Minima (vertèbres)
Flexion sagittale C /C , C /C , L /L T /T
0 1 4 5 4 5 9 10
Extension sagittale C /C , C /C , L /S T /T
0 1 4 5 5 1 9 10
Flexion latérale C /C , C /T , L /L T /T
1 2 7 1 3 4 5 6
Rotation axiale C /C , T /L T /T
1 2 12 1 5 6
NOTE C correspond à l'occiput.
0
En raison de la grande mobilité de la colonne cervicale (vertèbres C à C ), il est plus pratique de décrire le
1 7
mouvement de cette dernière par la position de la tête (flexion/extension sagittale, flexion latérale, rotation
axiale).
La colonne thoracique (vertèbres T à T ) se différencie de la colonne lombaire par un minimum distinct pour
1 12
tous les types de mouvement. Par conséquent, la rotation axiale, la flexion/l'extension sagittale et la flexion
latérale de la colonne thoracique sont étudiées séparément.
La partie inférieure de la colonne lombaire est étroitement liée au pelvis. La bascule en avant et en arrière du
pelvis s'accompagne de la lordose ou de la cyphose de la colonne lombaire (vertèbres L à L ). Il s'agit d'un
1 5
[4]
degré de liberté supplémentaire qui a déjà été traité dans l'ISO 11226 . Pour ce qui est des autres degrés de
liberté de la colonne lombaire, il suffit de mesurer la flexion/l'extension sagittale et la flexion latérale puisque la
rotation axiale est négligeable chez la personne assise.
3.3 Segments corporels autres que la colonne vertébrale
Il est notoire que les segments appendiculaires du corps (c'est-à-dire les membres supérieurs et inférieurs)
ont une incidence sur la réponse biomécanique du corps assis. La position du membre inférieur, comme celle
du membre supérieur, peut influer sur la masse apparente et la transmissibilité. Pour les conducteurs, la
position du membre supérieur peut être dictée par la nature de la tâche à exécuter, par le type des
commandes et leur position. La position du membre inférieur peut être dictée par la présence de pédales, la
hauteur du siège et les exigences relatives à la configuration d'occupation du véhicule.
Pour donner une description complète de la position de la colonne vertébrale du sujet assis et des charges
auxquelles elle est soumise, il est nécessaire de prendre en compte la position de tous les segments
corporels car ceux-ci influent sur la position du centre de masse que le système musculo-squelettique doit
supporter.
3.4 Autres quantités
Les positions détaillées des segments ne suffisent pas à donner à elles seules une description complète des
charges qui s'exercent sur le corps. Par exemple, un ensemble d'angles de segments peut être stable ou
instable selon qu'il y a un siège ou non. De la même manière, elles ne permettent pas de décrire la réponse
biomécanique puisque l'on sait que la présence d'un dossier influe sur la masse apparente et la
transmissibilité.
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ISO/TR 10687:2012(F)
4 Système de coordonnées
Dans la plupart des cas, la personne est assise dans un véhicule dans une position telle que son pelvis est
dirigé vers l'avant du siège. Comme il peut arriver que l'orientation du siège ne corresponde pas à la direction
de déplacement du véhicule, auquel cas le siège peut être dépourvu d'une position avant bien définie (cas
d'un tabouret par exemple), ou bien que les systèmes de coordonnées utilisés dans d'autres normes relatives
[1]
aux vibrations globales du corps, par exemple l'ISO 2631-1 , soient différents du système de coordonnées
du présent document, des transformations appropriées peuvent être nécessaires.
Un système de coordonnées polaires extérieur représente un système de coordonnées approprié. Il est
constitué de vecteurs unitaires perpendiculaires x, y et z. Le vecteur x correspond à l'axe longitudinal
(avant/arrière) par rapport au pelvis; y est latéral, sur le côté gauche du pelvis, et z correspond à l'axe vertical
par rapport au pelvis (Figure 4). Pour les personnes assises droites, le vecteur z est dans le sens opposé à la
force de gravité. L'axe des y du système de coordonnées est parallèle à l'axe y du pelvis, défini par la ligne qui
relie les grands trochanters. Ce système de coordonnées est la base de toutes les variables concernant les
mouvements de la colonne vertébrale décrits à l'Article 5.
NOTE 1 La ligne qui relie les grands trochanters n'est pas obligatoirement l'axe de rotation du pelvis, ce qui est
acceptable pour les niveaux de précision du présent Rapport technique.
Si l'orientation du pelvis ne correspond pas à l'orientation du siège, le système de coordonnées tourne avec le
pelvis. Ceci peut arriver, par exemple, lorsque le conducteur se penche par la fenêtre ou effectue une longue
marche arrière. Il convient alors de transformer le système de coordonnées de manière à ce que le nouvel
axe des y du système de coordonnées transformé soit à nouveau parallèle à l'axe y du pelvis et que l'angle
entre l'ancien et le nouvel axe des z soit minimal. En cas de rotation axiale de la colonne vertébrale, l'origine
est définie au niveau du pelvis.
NOTE 2 Dans ce cas, le système de coordonnées transformé ne correspond pas au système de coordonnées de la
[1]
personne assise dans la norme de mesurage des vibrations globales du corps (ISO 2631-1 ). Les deux systèmes de
coordonnées peuvent être associés l'un à l'autre par une transformation unitaire.
NOTE 3 Très souvent, des transformations supplémentaires sont nécessaires lorsque le système de coordonnées du
siège ne correspond pas au système de coordonnées du véhicule.
5 Caractérisation des postures
5.1 Généralités
Pour caractériser une posture, il convient de déterminer les quantités présentées dans le présent article. Pour
les informations relatives aux postures, par exemple les angles des segments corporels, voir 5.2; pour
d'autres informations qu'il convient de recueillir pour décrire l'environnement ergonomique, par exemple la
présence ou non d'accoudoirs ou de dossiers, voir 5.3.
5.2 Informations relatives aux postures
5.2.1 Angles des segments corporels
Ce paragraphe décrit 13 angles de segments corporels (voir Tableau 2) par rapport au système de
coordonnées défini à l'Article 4. Le signe des angles de flexion est positif lorsque la flexion se fait dans le sens
des aiguilles d'une montre.
Chaque segment corporel est représenté par une ligne entre deux points du corps de la personne, comme
[4]
indiqué dans l'ISO 11226 . Ces points sont des repères palpables sur la peau ou la surface des vêtements,
[3]
conformément à l'ISO 8727 . Des transducteurs ou des marqueurs peuvent être fixés au niveau de ces
points ou d'autres techniques, telles la goniométrie, l'analyse vidéo ou visuelle, peuvent être appliquées pour
obtenir des données équivalentes.
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ISO/TR 10687:2012(F)
Pendant un mesurage, les angles de ces segments corporels peuvent évoluer de manière continue ou
périodique. Il convient de décrire la nature du mouvement.
La Figure 1 est une représentation schématique du corps humain présentant un ensemble possible de points
permettant de décrire le mouvement des segments corporels respectifs, lesquels sont énumérés dans le
Tableau 2.
Les angles des segments corporels énumérés dans le Tableau 2 sont décrits de 5.2.2 à 5.2.10. Dans le cas
de mouvements simultanés, les descriptions doivent être adaptées en conséquence.
NOTE L'axe des y est parallèle à la ligne qui relie les grands trochanters (cercles).
Figure 4 — Système de coordonnées cartésiennes pour une personne assise
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Tableau 2 — Segments corporels et leurs mouvements décrits par la position de points du corps
attribués selon la Figure 1
Segment corporel Mouvement/angle Points nécessaires
Tête/colonne cervicale Flexion, extension sagittale 1 à 3
Flexion latérale 1 à 3
Rotation axiale 1 à 5
Colonne thoracique Flexion, extension sagittale 6, 7
Position du dossier 6, 7
Flexion latérale 6, 7
Rotation axiale 4 à 7
Colonne lombaire Flexion, extension sagittale 8, 10
Position du dossier 8, 10
Flexion latérale 8, 10
Courbure (cyphose, lordose) 8 à 10
Pelvis Bascule 11, 12
Rotation axiale 11,12
5.2.2 Flexion, extension sagittale de la tête
Pour une personne en position debout droite, il convient d'indiquer l'angle entre le tragus et le canthus par
rapport à l'axe des x (Figure 5). Le regard dirigé droit devant correspond à 0° degré. Un mouvement de la tête
vers le bas donne des angles positifs.
Figure 5 — Flexion, extension sagittale de la tête
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5.2.3 Flexion latérale de la tête
Pour la flexion latérale, il convient de déclarer l'angle entre l'axe des z et une ligne orthogonale à la ligne
reliant les tragus gauche et droit (Figure 6). Les angles vers la gauche sont négatifs.
Figure 6 — Flexion latérale de la tête
5.2.4 Rotation axiale de la tête
La rotation axiale de la tête est donnée par l'angle entre la ligne des épaules et la ligne reliant les tragus
gauche et droit pour une colonne cervicale non courbée (Figure 7). Elle entraîne une torsion de la colonne
cervicale. Les angles vers la droite sont négatifs.
Figure 7 — Rotation axiale de la tête
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5.2.5 Flexion/extension sagittale de la colonne lombaire et thoracique
En l'absence de flexions latérales et de rotations axiales, il convient de décrire le mouvement sagittal de la
colonne lombaire (ou thoracique) par l'angle entre l'axe des z et la ligne reliant L et L (T et C ) (voir
1 5 3 7
Figure 8). Les angles vers l'arrière sont négatifs. La position de la personne en contact avec le dossier peut
être décrite par l'extension sagittale de la colonne lombaire et thoracique, comme illustré à la Figure 8.
Figure 8 — Flexion/extension sagittale de la colonne lombaire et thoracique
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5.2.6 Flexion latérale de la colonne lombaire et thoracique
En l'absence de flexions et extensions sagittales ou de torsions, on peut définir la flexion latérale de la
colonne lombaire (thoracique) par l'angle entre l'axe des z et la ligne reliant L et L (T et C ) (Figure 9). Les
1 5 3 7
angles vers la gauche sont négatifs.
Figure 9 — Flexion latérale de la colonne lombaire et thoracique
5.2.7 Rotation axiale de la colonne thoracique
La rotation axiale de la colonne thoracique dans une posture droite est donnée par l'angle entre les acromions
gauche et droit et l'axe des y du système de coordonnées (Figure 10). Elle entraîne une torsion de la colonne
thoracique et lombaire. Les angles vers la droite sont négatifs.
Figure 10 — Rotation axiale de la colonne thoracique
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5.2.8 Courbure de la colonne lombaire (cyphose, lordose)
La courbure de la colonne lombaire est donnée par l'angle entre L , L et L . La courbure est une cyphose si
1 3 5
l'angle s'ouvre vers l'avant de la personne (Figure 11) et une lordose si l'angle s'ouvre vers l'arrière de la
personne.
Figure 11 — Courbure de la colonne lombaire (cyphose)
5.2.9 Bascule du pelvis
Dans la plupart des cas, le pelvis est positionné dans le siège. Lorsque le conducteur se penche par la
fenêtre, par exemple, le pelvis bascule. L'angle de bascule est donné par la ligne qui relie les grands
trochanters et par l'horizontale (Figure 12). L'inclinaison vers la gauche donne des angles de bascule négatifs.
Dans ce cas, le système de coordonnées (voir Article 4) change.
Figure 12 — Bascule du pelvis
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5.2.10 Rotation axiale du pelvis
Si le pelvis effectue une rotation sur la surface du siège, le système de coordonnées (voir Article 4) change.
L'angle de rotation axiale est donné par la ligne qui relie les grands trochanters et par l'ancien axe des y
(Figure 13). Une rotation axiale dans le sens horaire, vue de dessus, donne des angles de rotation axiale
négatifs.
Figure 13 — Rotation axiale du pelvis
5.3 Autres informations
5.3.1 Généralités
Il convient que d'autres informations fournissent une quantité de données suffisante pour comprendre les
charges intérieures et extérieures subies par le corps. Ces charges peuvent être divisées en trois catégories:
support du corps, commandes et charges extérieures. Par exemple, l'angle des jambes peut influer sur la
posture du pelvis et du tronc. Il convient de décrire les conséquences de ces informations sur la posture des
membres supérieurs et inférieurs (voir 3.3).
5.3.2 Support du corps
Il convient de décrire chaque point de contact supportant le corps.
Pieds à plat sur le plancher/sur les talons/pendant librement/sur les pédales
Assise du siège angle et longueur de contact
Dossier angle et hauteur de contact
Appuie-tête contact/pas de contact
Accoudoir non/oui (dimensions)
Prise main courante/volant/levier de commande/autre
Autre
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5.3.3 Commandes
Il convient de décrire les commandes principales. Celles-ci peuvent changer pendant les différentes phases
d
...
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