Soorten exoskeletten

Exoskeletten in praktijk

Op het Applied Ergonomics congres van 2019 in New Orleans waren exoskeletten een hot topic. Verschillende bedrijven stelden daar hun toepassingen en ervaringen voor van exoskeletten in praktijk.

EksoVest en Fortis exoskelet bij Boeing

Boeing verwacht een sterke groei op de commerciële en militaire markt. Dat betekent automatisatie. Daarnaast blijft manueel werk echter nog steeds nodig. Het schroeven, vastmaken, monteren van onderdelen met aangedreven handgereedschappen zijn voorbeelden van repetitief werk. Manuele handelingen zoals duwen en trekken, tillen,… gebeuren dan weer vaak in ongunstige en vermoeiende houdingen.

Daarom hebben ze bij Boeing gedurende 6 maanden twee exoskeletten in praktijk getest: EksoVest en het FORTIS exoskelet. De focus lag op taken die boven het hoofd gebeuren of ver voor het lichaam. De gewichten die de operatoren moesten hanteren varieerden daarbij van licht (0-2,5kg), halfzwaar (2,5-5kg) tot zwaar (5-7,5kg).

Resultaat was dat deze taken sneller konden uitgevoerd worden en met minder ongemak. De tijdsstudies toonden dus een positief resultaat aan en de operatoren waren er subjectief tevreden van [1].

EksoVest bij Boeing
FORTIS exoskeleton
FORTIS exoskelet

Ekso Bionics Vest bij Ford

In de auto-industrie komen taken met langdurig of herhaald boven het hoofd werken nog vaak voor. De meeste studies zijn echter in een labo gebeurd over een korte periode. Daarom wou men bij Ford het effect van exoskeletten in praktijk nagaan over een periode van 18 maanden. Het subjectieve comfort en het ergonomisch ziekteverzuim werden opgevolgd in een experimentele groep (met exoskelet) en een controlegroep (zonder exoskelet), die allen boven het hoofd moesten werken.

Wat zegt labo onderzoek?

Het PLAD exoskelet voor de rug vermindert de belasting op de rug en de vermoeidheid, maar doet het ongemak in schouders en knieën toenemen. Bij het Laevo exoskelet is er minder spiervermoeidheid in de rug en een langere volhoudduur bij het statisch voorwaarts buigen. Een Ekso Bionics Vest ondersteunt dan weer de armen en vermindert de spieractiviteit in de schouders bij werken boven het hoofd, terwijl de druk op de rug eveneens vermindert.

Wat zegt de praktijkonderzoek?

In de auto-industrie werd een PLAD exoskelet getest met minder spieractiviteit en minder subjectief ervaren vermoeidheid als resultaat. Een Laevo exoskelet bewees ook zijn voordeel bij statisch voorwaarts buigen. Het ongemak voor de rug was minder, maar wel met een verschuiving naar de schouders. Order picken kon gebeuren met minder spieractiviteit in de rug. Toch neemt het ongemak in de borst en benen toe.

Ekso Bionics Vest bij Ford
Ekso Bionics Vest bij Ford

Resultaten na 6 maanden bij Ford

Een groep van 50 operatoren kreeg een Ekso Bionics Vest gedurende 18 maanden. Ter vergelijking was er een controlegroep van 100 operatoren zonder ondersteuning. Zes maanden testen van de exoskeletten in praktijk leverde alvast volgende resultaten op:

  • Subjectief ervaren werkintensiteit was gelijk
  • Subjectieve discomfort voor de rug, nek en polsen duidelijk beter.
  • Subjectieve discomfort voor schouders en lage rug gelijk
  • Thermisch discomfort minder goed bij exoskelet
  • Balans: geen verschil (5,5/10)
  • Beweeglijkheid: meer beperkt (2,5/10)
  • Algemeen ongemak: minder (3/10)
  • Ervaren prestatie: duidelijk beter (7,75/10)

De druk op de schouders, nek en rug is lager met het exoskelet. De taak is dus makkelijker te doen. De operatoren ervaren ook minder stijfheid, vermoeidheid of pijn aan de schouders. Tegelijk schatten ze hun prestatie beter in en vinden ze een exoskelet “fun” en “cool”.

De barrières om het exoskelet te gebruiken zijn echter de temperatuur in de zomer, de beperkte bewegingsvrijheid, de pasvorm en de verstelbaarheid, ongemak aan de armen en het gewicht [2].

Levitate Airframe bij John Deere en Toyota

John Deere

Bij taken boven het hoofd kan men het werkstuk lager brengen, de operator hoger plaatsen, zorgen voor ophanging van de tools of een exoskelet voorzien om de arm te ondersteunen. Bij tractorfabrikant John Deere werd daarom ingezet op het Levitate Airframe exoskelet.

De spieractiviteit van m. Deltoideus anterior, m. Biceps, m. Trapezius superior en m. Erector Spinae aan de lage rug werd opgemeten. Deze activiteit tijdens het werk werd vervolgens vergeleken met de maximale spierspanning tijdens zijwaarts heffen van de arm (abductie), buiging van de elleboog en strekking van de rug. De spieractiviteit werd geïnterpreteerd op basis van de ACGIH grenswaarden voor vermoeidheid.

Toyota

Bij Toyota werden 11 operatoren opgemeten gedurende 10 taken boven hoofdhoogte. Elke taak werd 10 cycli uitgevoerd, goed voor ongeveer 12 minuten. De spieractiviteit van m. Erector Spinae en m. Deltoideus anterior was lager met een exoskelet. De andere spieren, m. Biceps en m. Trapezius, vertoonden geen verschil.

Toyota werken boven hoofdhoogte
Toyota werken boven hoofdhoogte

Om de spieractiviteit te beoordelen werd voor verschillende houdingen gekeken aan welk %MVC (maximale vrijwillige contractie) deze worden uitgevoerd. Daarna kan gekeken worden hoeveel % van de cyclustijd deze houding voorkomt. In functie van het % cyclustijd kan dan afgelezen worden welk %MVC aanvaardbaar is. Basis zijn de grenswaarden voor vermoeidheid van ACGIH [3].

Grenswaarden vermoeidheid spieractiviteit
Resultaten spieractiviteit bij Toyota

Levitate Airframe bij Briotix Health (Johnson&Johnson)

Tijdens een taak van afzuigen boven het hoofd werd bij vier proefpersonen het effect van een exoskelet opgemeten. De proefpersonen droegen sensoren van GoX Studio. Deze registreerden volgende parameters: hartslag, aantal stappen en de houding van de rug en bovenste ledematen. Daarnaast vulden de operatoren subjectieve vragenlijsten in: Borg schaal, Usability and user acceptance, Discomfort scale (Corlett & Bishop) en de Rating muscular effort (Omni Res).

Besluit was dat een exoskelet niet voor alle taken boven het hoofd de oplossing zal zijn. Men dient namelijk de preventiehiërarchie te respecteren: risico elimineren, risico vervangen, technische maatregelen, werkmethode aanpassen en tot slot persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM). Dit werd mooi samengevat met de quote “No Ergo, No Exo” [4].

Levitate Airframe bij Briotex Health
Levitate Airframe bij Briotix Health
Levitate Airframe
Levitate Airframe

Bron

Lezingen Applied Ergonomics Conference 2019:
[1] Kyte & Shea. Human Augmentation: exoskeletons.
[2] Nussbaum. Field assessment of an arm-support exoskeleton.
[3] Gillette. Exoskeletons and ergonomic risk.
[4] Davis. Evaluating the effectiveness of wearable sensors and exoskeletons technology to improve employee health and reduce the workload