Exoskeletony můžeme rozdělit do čtyř kategorií dle oblastí kde pomáhají. Pro hendikepované je to obrovská pomoc, jelikož je vrací do běžného života. Ať se jedná o problémy s dolními či horními končetinami. Stáří lidé často mají problémy s chůzí. Ne vždy je nutné je upoutat na invalidní vozík. Navíc pokud se použijí exeskeletony jsou svaly stále v činnosti a dochází k přirozenému prokrvení ochablých svalů. Armádní exoskeletony jsou speciální kapitolou, jelikož bývají vybaveny senzory, které monitorují nejen tělesné funkce vojáka ale i okolí. Poslední kapitolou jsou průmyslové exoskeletony, kde se jejich používání rychle rozvíjí.

  

Rozdělení exoskeletonů (zdroj: https://www.suitx.com)

 

Průmyslové exoskeletony

V dnešní moderní době je stále více úkonů, které provádějí stroje. Existují však ještě činnosti, jejichž plná automatizace je nemožná nebo nerentabilní, a proto musí být prováděny člověkem. Nejlépe je to vidět v automobilovém průmyslu, kde dělníci pracují často s těžkými součástmi, které se musí instalovat na příslušné místo. Pro manipulaci s těžkými břemeny slouží právě exoskeletony, které převážnou část váhy přebírají a dělník se soustředí jen na přesné usazení daného dílu. Nemusí se jednat jen o výrobní halu, ale exoskeletony najdou uplatnění ve stavebnictví, kde dělník musí za den několikrát přemístit pytle s materiálem a časem vzniknou problémy se zády.

Průmyslové Exoskeletony se dělí na:

• Zádové - při zvedání těžkých břemen nejvíce trpí zádové svaly
• Ramenové– při práci, kdy jsou ruce nad hlavou nejvíce trpí ramena. Používají se také k fixaci používaného nástroje (brusky, vrtačky) v určité poloze.
• Hýžďové– práce při pokleku nebo dřepu jsou nejvíce namáhány stehenní a hýžďové svaly
• Celooblekové – Jedná se o podporu celého těla. Je to kombinace zádového, ramenového a hýžďového typu  

 

Zádové

Snižují zatížení ve spodní části zad v průměru o 60 %. Nejde jen o sílu, ale sníží se také moment pohybu. Jsou navrženy pro celodenní nošení a nikdy nebrání přirozeným pohybům. Uživatel může chodit, vystupovat a sestupovat po schodech a žebřících, řídit automobil, jezdit na kole, jezdit a provádět jakýkoliv manévr bez jakéhokoliv omezení.

Své uplatnění najdou zejména na staveništích, v logistice, slévárnách, montážních linkách, místech pro manipulaci se zavazadly na letištích a další průmyslová odvětví. Statistiky ukazují, že ve většině případů zranění zad dojde tehdy, kdy se pracovníci ohýbali dolů a zpět, což způsobilo, že váha jejich horní části těla vytvořila velké momenty v oblasti dolní části zad. Typické činnosti jsou vidět na následujících obrázcích a videí.

 

Ramenové

Ramenové exoskeletony snižují namáhání ramenových svalů a podstatně snižují riziko poranění ramen a zároveň zvyšují produktivitu na pracovišti. Jejich použití ocení zejména ti, kteří pracují s rukama nad hlavou. Každý určitě zažil situaci, kdy musel držet pracovní nástroj nad hlavou a manipulovat s ním. Po chvíli začnou ruce a ramena trpět a nejde udržet koncentraci a podat plnohodnotný výkon.

Ramenový exoskeleton uleví svalům a pomáhá udržet pracovní nástroj nad hlavou. Dělník pouze přesouvá nástroj do požadované polohy a jeho manipulace se stává snadnou záležitostí. Držet několika kilogramovou brusku nad hlavou po několik hodin není v lidských silách. Nejlepší aplikace pro ramenové exoskeletony jsou ty, které vyžadují trvalou práci nad hlavou s lehkými až středně těžkými nástroji. Montáž stropu, obložení, elektrické práce, svařování, broušení, vychystávání, prořezávání, malování, vrtání atd.

    

 

Hýžďové

Tyto exoskeletony přinášejí úlevu kolennímu kloubu a čtyřhlavému stehennímu svalu. Výšku podpěry lze přizpůsobit potřebám a hmotnosti uživatele. Tento inteligentní systém může rozlišovat mezi chůzí, vzestupnými / sestupnými schody a dřepem. To umožňuje nerušený pohyb a poskytuje podporu pouze tehdy, kdy je podpora požadována. Některé typy mají uzamykatelný režim, kde exoskeleton může být používán jako židle. Při svařování či vrtání je někdy vhodné najít polohu, která vyhovuje dané situaci. Pracovníci sebou nenosí židli či stoličku, na kterou by si mohli v dané situaci sednout. Navíc by na staveništi či pracovišti překážela. Pracovník tak sebou nosí přenosnou židli přímo na sobě, aniž by mu překážela v pohybu.

    

 

Celooblekové

Systém je navržen tak, aby poskytoval flexibilní řešení, které lze přizpůsobit různým pracovním úkolům. Výsledkem je všestranný oblek, který umožňuje pracovníkům dokončit náročné úkoly s ramenem, zády a nohou se sníženým rizikem zranění a zároveň zůstat dostatečně pohodlný na nošení po celý den. Obecně se skládá ze tří exoskeletonových modulů: zádový, ramenový a hýžďový. Každý modul lze nosit nezávisle a v libovolné kombinaci v závislosti na potřebě.

Kombinace všech tří modulů do jednoho obleku poskytuje pracovníkům bezprecedentní flexibilitu v redukci sil na všech třech úrovních. Jsou přínosem pro pracovníky v mnoha průmyslových oblastí včetně výstavby, manipulace se zavazadly na letišti, logistiky, montážních linek, stavby lodí, skladů, kurýrních služeb, továren či sléváren.

Pro základní popis exoskeletonů byly použity materiály společnosti SUITX, která se zabývá robotikou a specializuje se právě na průmyslové exoskeletony. Více informací na https://www.suitx.com/max-modular-agile-exoskeleton.

Výrobci exoskeletonů a jejich uplatnění v praxi

FORD

Na výrobních linkách společnosti Ford jsou pracovní místa, kde musejí zaměstnanci neustále zvedat ruce nad hlavu. To má dramatický vliv na jejich zdraví a kondici. Ford se proto nedávno domluvil s kalifornskou společností Ekso Bionics a společně testují lehký exoskelet pro horní část těla ExoVest. Je speciálně určený k tomu, aby podporoval zvedání rukou. V době Industry 4.0 stále více úkonů ve výrobních závodech provádějí stroje. Existují však ještě činnosti, jejichž plná automatizace je nemožná nebo nerentabilní, a proto musí být prováděny člověkem. Exoskelet je mechanický a ke svému provozu nepotřebuje žádnou další energii. Mohou ho používat zaměstnanci o výšce 152 až 193 cm. ExoVest jim prakticky nepřekáží v pohybu.

Exoskelety mají chránit zaměstnance před přetížením, zraněním a nehodami. Umožňuje zvednout předměty těžší přibližně o 12 kg, ale jeho hlavní funkcí je zvýšit výdrž zaměstnance při práci s rukama nad hlavou. Skelet také podporuje správné držení těla, což má příznivý účinek na záda a páteř. Podle společnosti Ford, zaměstnanci montážních linek zvednou své paže během práce zhruba miliónkrát za rok – což způsobuje značné riziko přetížení a zranění horní části těla.

Ford nejprve testoval řešení Ekso Bionics ve dvou továrnách. Testy přinesly uspokojivé výsledky, a proto bylo rozhodnuto vybavit exoskelety další továrny v sedmi zemích. Dělníci, kteří exoskelet testovali, toto řešení oceňují. Podle jejich názoru jsou po ukončení osmihodinové směny méně unaveni a netrpí pro ně typickou bolestí rukou a zad. Tyto moderní technologie mají mnoho zastánců, kteří v nich vidí budoucnost, ale také odpůrců, kteří tvrdí, že vede k dehumanizaci zaměstnanců a k jejich většímu zneužívání zaměstnavateli.

     

Více informací na https://eksobionics.com/eksoworks/

Hyundai

Pozadu nezůstává ani společnost Hyundai. Jejich nové zařízení Hyundai Chairless Exoskeleton (H-CEX) šetří hlavně kolena svých uživatelů. Zaměstnanci vybavení exoskeletem H-CEX mohou stát podle potřeby. Když si ale dotyčný zaměstnanec chce sednout, exoskelet mu pohotově poskytne podporu a usnadní tím náročnou práci.

Exoskelet H-CEX váží jen 1,6 kg. Přitom si s ním může sednout kdokoliv do hmotnosti 150 kg, ve třech různých úhlech sezení (85, 70 a 55 stupňů). Společnost hodlá koncem letošního roku s exoskeletem H-CEX a dalšími podobnými pomůckami zahájit testy v severoamerických továrnách.

První H-CEX, vyvinutý pro průmyslové použití, je chránič kolenního kloubu, který pomáhá udržet polohu sedícího pracovníka. S hmotností 1,6 kg je lehká, přesto vysoce odolná a vydrží až 150 kg. S pasem, stehnem a kolenními pásy může být snadno vybaven a přizpůsoben výšce uživatele.

Společně s H-CEXem plánuje Hyundai na konci roku otestovat a aplikovat H-VEX v továrnách v Severní Americe. H-VEX je zařízení, které zmírňuje tlak na krk a záda pracovníků tím, že přidává uživateli 60 kg pevnosti při použití ramen nad hlavou.

Dalším plodem vývoje společnosti Hyundai Motor Group v oblasti robotiky je Hyundai Universal Medical Assist (HUMA). Toto zařízení se připevní k pasu a nohám, přičemž při chůzi posiluje svaly a umožňuje uživatelům dosáhnout rychlosti běhu až 12 km/h. Jedná se o jeden z nejrychlejších nositelných robotů na světě.

Exoskeletony Fortis

Manipulace s nástroji je v průmyslovém prostředí denní rutinou a může být velice fyzicky náročná. Americký letecký výrobce Lockheed Martin ( LMT ) po šesti letech vývoje začal své pracovníky vybavovat exoskeletem Fortis, umožňujícím používání těžkých nástrojů tak, jako by nevážily takřka nic.

A nejde jen o hmotnost samotnou. Exoskeleton minimalizuje zpětné rázy. To kromě redukce negativních zdravotních důsledků vede ke snížení únavy dělníků a zvýšení produktivity. Jednoduše řečeno, „exoskelet zvyšuje fyzické schopnosti a vytrvalost“. Uživatel pouze vede nástroj tam, kde má být, aniž by nesl jeho váhu, dodává.

Fortis je čistě mechanickým exoskeletem a nevyžaduje napájení či baterie. Váží 12 kilogramů a umožňuje manipulaci s nástroji o hmotnosti cca 16 kilogramů, a to ve stoje i v kleče. Je nastavitelný pro různou výšku daného pracovníka.

Více informací na https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/exoskeleton-technologies/industrial.html

Panasonic

Technologie Assis Robot mají daleko k exoskeletonům, ale dokáží zaměstnancům značně ulehčit manipulaci s těžkými krabicemi. Vedle toho by mohly dobře posloužit i starým lidem, kteří již mají potíže s pohybem. Pracovníci na sobě mají popruhy, k nimž je zařízení připevněno, a pomáhá jim tak s narovnáním zad. Firma experimentuje také s mnohem silnějšími exoskeletony Power Loader, které již připomínají stroje. Ve videu ale jde především o zařízení Assis Suit AWN-03, které bylo vyvinuto tak, aby svému nositeli poskytlo oporu spodní části zad, a ten tak mohl snadněji zvedat těžká břemena. Jedná se o bateriově napájené zařízení. Baterie vydrží osm hodin, čili po celý pracovní den. Pokud se baterie vybije dříve, lze ji jednoduše vyměnit.

Panasonic vyvíjí zařízení PLN-01 s kódovým označením Ninja. To již dokáže usnadnit nejen zvedání břemen, ale i chůzi a běh, takže se dá využít při pohybu v terénu. Při své práci by je mohli využít třeba dřevorubci.

LG

Na IFA 2018 představila exoskeleton CLOi SuitBot. Pomáhá pracovníkům snižovat zátěž na nohy a umožnit více uvolněný pohyb. Tento exoskeleton byl vyvinut ve spolupráci se startupem SG Robotics. Zajímavostí je schopnost exoskeletonu se přizpůsobovat různým lidem. "Boty" jsou spíše ve formě sandálů, které se automaticky přizpůsobí velikosti chodidla člověka, který chce exoskeleton používat.

Exoskeletony CLOi jsou navíc vybaveny systémem umělé inteligence, takže se postupem času na základě analýzy biometrických dat, údajů o okolí a provedených pohybů samy učí, jak svou práci dále vylepšit.

MATE exoskeleton

Jedná se o ramenní exoskoleton. Nosné ergonomické popruhy jsou v přímém kontaktu s tělem uživatele. Mechanický ramenní systém usnadňuje volný pohyb uživatele. Generátor pomocného momentu slouží pro uložení a transformaci potenciální mechanické energie a k vytvoření nastavitelného pomocného točivého momentu (7 úrovní). Výběr úrovně pomoci je založen na antropometrii a ergonomii uživatele. Nastavení optimálního pomocného momentu závisí na úkolu, který má být proveden. Uživatel vyvíjí sílu, kontrolu a vyvážení, zatímco exoskeleton přenáší velkou část břemene od paží do pánve. MATE umožňuje opakování dynamických pohybů ramene při pevném držení těla exoskeletonem. To zajišťuje větší pohodlí pro pracovníka a zvyšuje kvalitu práce a efektivitu poskytováním konzistentní asistence při manuálních a opakovaných úkonech. Je vhodný pro montážní práce, balení a skladování, zakládání do strojů a odebírání hotových výrobků z dopravních linek, uchopení nebo držení předmětů, práce s vibračními ručními nástroji, manipulace s materiálem, lepení, vrtání, malování atd.

MATE reprodukuje přírodní sílu v lidském rameni. Vytváří při zvedání podporu horní části těla. Uvnitř boxu silového generátoru jsou speciální mechanické pružiny. Síla se reprodukuje mezi 20 a 120 stupni. MATE dovoluje tělu reprodukovat pasivní stupeň volnosti v rameni a dovoluje provést pohyb paží: odtažení (horní část těla), protažení – prodloužení (přední část těla), otáčení (spodní část těla). Snaží se přerozdělit váhu z paže, kdy operátor má vykonávat aktivity uvážlivě a hospodárně a bez riskování. Zařízení nepotřebuje baterie ani nabíjení.

Více informací na https://www.comau.com/en/mate

Závěr

Oblast průmyslových exoskeletonů je široká. Popsat všechny možnosti, které tito pomocníci dokáží je nelehký úkol. Na internetu je mnoho videí a článků s touto problematikou. Ne vše lze automatizovat a lidský faktor nelze nahradit strojem. Všechny typy mají jedno společné. Usnadnit život dělníkům a ušetřit lidské zdraví. Jak je vidět, tak v výrobní závody, kde se pracuje s těžkými nástroji jako je automobilový průmysl, výroba lodí již s podpůrnými systémy pro své zaměstnance počítají a začínají se stávat standardem jako bezpečnostní helma.