ExoHeaver

05.02.2021

ExoHeaver - линейка российских промышленных экзоскелетов, обеспечивающий снижение физических нагрузок на человека, а также позволяющий снизить травмоопасность и утомляемость при работах с тяжелым ручным инструментом, при поднятии, удержании и переносе грузов. Является разработкой ученых и инженеров Юго-Западного государственного университета (ЮЗГУ, г. Курск) и компанией "ЭкзоМед" в партнерстве с Цифровой лаборатории «Норникеля» .

По версии портала "Гетсиз.ру" экзоскелетный комплекс "ExoHeaver" вошел в топ 10 перспективных продуктов и инноваций, представленных на международной выставке БИОТ-2019, где "ExoHeaver" был представлен на стенде компании «Восток-Сервис».


Области применения

Анализ

Согласно данным Росстата, в России более пяти миллионов человек задействовано в работах,связанных с тяжёлым физическим трудом в области добычи полезных ископаемых, на производствах по их обработке и хранению, в строительстве и транспортировке. При добыче полезных ископаемых на работах с перемещением различных тяжестей заняты 34,7% специалистов, в металлургии – 36,5%.Часть этих работ возможно автоматизировать, но в большинстве случаев автоматизация экономически и технически не эффективна.

Рассматривая многообразие человеческого труда на промышленных площадках с точки зрения энергозатратности, можно выделить следующие категории работ:

  • ручные – задействуется только мускульная сила работника (такелажные работы, монтаж оборудования,ремонт тяжелого оборудования, сортировка, каменная кладка, окраска поверхностей и т.п.);
  • полумеханизированные – работая вручную, работник использует механизированные инструменты (перфоратор,вибратор, краскопульт, отбойный молоток, сварочный аппарат и т.п.);
  • механизированные – основные операции процесса выполняются механизмами, однако часть операций (выверка, подгонка, заделка и т.п.) выполняются вручную;
  • комплексно-механизированный процесс – все операции процесса выполняются комплексом техники, взаимно дополняющей друг друга;
  • автоматизированный процесс – комплекс машин работает по заданной программе под контролем оператора;
  • роботизированный процесс – механические устройства-манипуляторы (роботы) выполняют производственный процесс по заданной программе автономно, без участия оператора или с его помощью в рамках подготовительных операций.

Выявленная проблема

Одним из наиболее сложных и, как следствие, травматичных является этап отрыва груза от поверхности, этот этап предшествует подъему груза. И именно на этом этапе чаще всего происходят травмы опорно-двигательного аппарата человека. Как известно, самая распространенная причина травм межпозвоночных дисков – неправильная работа с грузами. Человек вполне может поднять значительный вес, если использует правильную технику, но это не исключает факт износа опорно-двигательной системы и высокой утомляемости человека, осуществляющего работы связанные с тяжелым физическим трудом(переносу грузов, работе с тяжелым инструментом и т.д.), такие условия труда могут называться вредными и регламентируются нормами, утвержденными Минтруда России.

Путь решения проблемы

Применение экзоскелетов в промышленности является одним из путей к улучшению условий труда, сохранению здоровья и повышению производительности рабочих. Поэтому последние годы в развитых странах мира получили распространение такие экзоскелеты, как Fortis ,HULC, HAL, Panasonic и другие. Импорт зарубежных аналогов в Россию затруднен, так как экзоскелеты зарубежного производства являются товарами двойного назначения. Между тем, российский рынок экзоскелетов только формируется.

Экзоскелет "ExoHeaver"- российский проект направленный на решение поднятой проблемы, аппарат уже прошел успешные испытания на предприятиях ПАО "ГМК "Норильский Никель" и ПАО "ГазПромНефть", где экзоскелет применялся на следующих операциях:

  • Проведение демонтажа и установки запорной трубопроводной арматуры;
  • Монтаж трубопровода с применением электродуговой сварки;
  • Замена электродвигателя вентиляционной установки;
  • Поддержка тяжелого инструмента “третьей рукой”;
  • Работы при низких температурах (≈ -30°С);
  • Перемещение теплообменных цепей;

и др. .

Компания «Норникель» планирует применять экзоскелеты прежде всего на собственном производстве, для этих целей на базе ЮЗГУ проводятся обучающие мероприятия для будущих пилотов экзоскелетов,при успешном прохождении обучения пилоту вручается удостоверение о повышении квалификации по специальности "Эксплуатация промышленных экзоскелетов" .


Принцип работы и особенности

Особенности конструкции

Конструктивно экзоскелет повторяет скелет человека. Металлические звенья аппарата соединяются посредством шарниров, каждый из которых имеет разное число степеней подвижности. Шарнирное соединение бедра с корпусом, как и у человека, имеет три степени свободы. Оно может вращаться вокруг двух горизонтальных осей: «вперед-назад» и «отведение-приведение», а также – вокруг вертикальной оси.

Модульная конструкция экзоскелета включает в себя гравитационные компенсаторы и модуль подъема груза с электроприводом, что позволяет экзоскелету воспринимать на себя до 90% веса груза и компенсировать мышечный момент поясницы в сагиттальной плоскости при максимальной грузоподъемности 60 кг и весе самого экзоскелета ≈20кг. Вес экзоскелета и полезная нагрузка, воспринимаемая его конструкцией, распределяются на опорную поверхность через механический каркас экзоскелета - это снижает вероятность получения травм нижних конечностей, травм поясничного отдела позвоночника, таких как скручивание или смещение межпозвоночных дисков, а также снижает вероятность образования грыж. Экзоскелет рассчитан на операторов ростом от 160 до 195 см, конструкция экзоскелета предусматривает настройку габаритов экзоскелета под конкретного человека, что необходимо для обеспечения комфортной эксплуатации и возможности легко настроить экзоскелет в соответствии с параметрами различных пользователей, дополнительно в конструкции включены упоры для сидения, это позволяет подобно сиденью обеспечивать поддержку оператора в положении сидя, для случая, когда необходимо выполнять работы стоя на колене в конструкции экзоскелета предусмотрен защитный коленный упор, что обеспечит защиту колена оператора от воздействия на него больших нагрузок. У обученного оператора процесс надевания экзоскелета занимает не более пяти минут, а снятия - не более одной минуты .

Положение сидя в экзоскелете ExoHeaver


"Мозг" экзоскелета

Управление модулем подъема груза осуществляется при помощи пульта, который всегда находится под рукой и при этом не мешает выполнять работу.

Бортовой компьютер,установленный в экзоскелете, позволяет в реальном времени отслеживать уровень загазованности окружающего воздуха, температуру воздуха, освещенность, режим работы пользователя и другие параметры. Все данные выводятся на мобильное устройство и могут передаваться в корпоративную сеть. Такой функционал позволит не только помогать оператору, предупреждая его об аварийных ситуациях (возможность падения, превышение допустимой концентрации горючих газов в воздухе, превышение допустимой грузоподъемности и др.), но и даст возможность собирать необходимые данные для их анализа с целью контроля, выявления проблем и повышения эффективности планирования.