Perspektywy zastosowania egzoszkieletów w obiektach ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga Sp. z o.o.

Obecnie tematyka egzoszkieletów staje się jednym z najbardziej dynamicznie rozwijających się kierunków robotyki usługowej, obejmującym rozwój własnych kompleksów egzoszkieletowych, w tym również w Rosji.

Analiza światowych doświadczeń pozwala wyciągnąć wniosek, że obecnie istnieją trzy kluczowe obszary zastosowania modułów egzoszkieletowych i opartych na nich kompleksów:

• egzoszkielety o przeznaczeniu wojskowym;
• egzoszkielety rehabilitacyjne oraz egzoszkielety kompensujące brak mobilności u osób z niepełnosprawnościami;
• egzoszkielety do zastosowań w przemyśle.

Największe zainteresowanie budzi dziś właśnie kierunek egzoszkieletów przemysłowych z kilku powodów:

• noszone urządzenia zrobotyzowane, przeznaczone do użytku w warunkach produkcji przemysłowej, stają się najszybciej rosnącym obszarem komercyjnego wykorzystania technologii egzoszkieletowych;
• egzoszkielety do pracy i przemysłu mogą być używane na placach budowy, w dokach, fabrykach i magazynach;
• specjaliści na produkcji stale muszą uciekać się do pracy ręcznej, w wyniku czego są narażeni na szkodliwe czynniki zwiększające prawdopodobieństwo urazów — przede wszystkim rozwój zaburzeń układu mięśniowo-szkieletowego, które pozostają jednymi z najczęstszych chorób zawodowych w Unii Europejskiej. To z kolei prowadzi do wzrostu kosztów utrzymania pracowników w okresach ich niezdolności do pracy i spadku wydajności pracy w całym przedsiębiorstwie;
• przemysłowe egzoskafandry są w mniejszym stopniu wrażliwe na ograniczenia technologiczne charakterystyczne dla branży egzoszkieletów;
• poziom wymagań wobec systemu sterowania egzoszkieletem przemysłowym jest znacznie niższy niż w przypadku analogicznych rozwiązań medycznych lub wojskowych.

Pod względem konstrukcji egzoszkielety przemysłowe dzielą się na egzoszkielety górnej lub dolnej części ciała, a także pełnowymiarowe.

Ze względu na charakter oddziaływania siłowego dzieli się je na pasywne (niewyposażone w napędy — wsparcie i odciążenie w takich przypadkach realizowane jest poprzez zastosowanie amortyzatorów, sprężyn, przeciwwag itp.) oraz aktywne, które z kolei dzielą się na podgrupy w zależności od rodzaju zastosowanych napędów (elektromechaniczne, hydrauliczne, pneumatyczne, kombinowane).

Obecnie w obiektach firmy ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga Sp. z o.o. uwaga skupiona jest na działalności pracowników magazynu i uciążliwości ich procesu pracy, wynikającej z:

• powtarzalności wykonywania rutynowych operacji;
• dużego obciążenia fizycznego w trakcie zmiany, głównie pleców i nóg;
• braku możliwości lub celowości zastosowania urządzeń dźwignicowych dla ładunków o wadze do 25 kg.

Wymienione czynniki powodują zmęczenie i bóle układu mięśniowo-szkieletowego, co może prowadzić do chorób zawodowych lub urazów.

Jako rozwiązanie mające na celu ochronę pracowników przed dużymi obciążeniami fizycznymi, firma rozważa wykorzystanie egzoszkieletów przemysłowych jako asystentów przy wykonywaniu operacji produkcyjnych. Zastosowanie takich urządzeń pomaga zmniejszyć obciążenie odcinka lędźwiowego kręgosłupa i mięśni pleców pracowników magazynowych.

Zgodnie z wynikami benchmarkingu testów i zastosowania egzoszkieletów w rosyjskich firmach, kierunek ten dopiero zaczyna się rozwijać.

Przemysł ciężki, w szczególności branża metalurgiczna, znajduje się w szczytowej fazie rozwoju. Nowoczesne technologie przekształcają i przyspieszają wiele procesów. Nornickel to jeden z liderów we wdrażaniu takich innowacji. W zakładach firmy wykorzystywane są egzoszkielety przemysłowe różnych krajowych producentów. Na przykład w Zakładzie Miedzi stosuje się pasywny egzoszkielet X-Soft produkcji firmy Exorise.

Od 2023 roku fabryka KAMAZ używa egzoszkieletu montażowego ze wzmocnieniem ramion, kompensującego ciężar do 15 kg na każde ramię i stabilizującego nadgarstek podczas dokręcania śrub, a także pasywnego egzoszkieletu firmy Exorise, stosowanego przez Nornickel.

W 2025 roku w centrum logistycznym KAMAZ realizowany jest projekt wdrożenia pasywnego egzoszkieletu lędźwiowego — pasa z metalowymi wstawkami, wspierającego odcinek lędźwiowy. Planowany jest zakup 68 pasywnych egzoszkieletów. Otrzymano już pozytywne opinie od pracowników centrum — doceniono lekkość i skuteczność egzoszkieletu.

Na terenach produkcyjnych firmy Gazpromneft wykorzystywany jest pasywny egzoszkielet ExoHeaver 3Hander produkcji firmy Ekzomed. Urządzenie pozwala na zamocowanie narzędzia elektrycznego lub pneumatycznego o wadze do 15 kg, ułatwia pracę z nim i chroni stawy rąk przed wibracjami.

Obecnie w ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga Sp. z o.o. zwrócono uwagę na pasywne egzoszkielety z następujących powodów:

1. Prostota konstrukcji: pasywne egzoszkielety mają prostszą budowę, co ułatwia ich produkcję i konserwację.

2. Niski koszt: ze względu na prostotę i niewielką liczbę skomplikowanych komponentów pasywne egzoszkielety są tańsze w produkcji i zakupie.

3. Mniejsza masa: pasywne egzoszkielety są zazwyczaj lżejsze od aktywnych, co zmniejsza obciążenie użytkownika i czyni je wygodniejszymi do długotrwałego noszenia.

4. Niezależność od źródła energii: nie wymagają baterii ani innych źródeł zasilania, co czyni je bardziej niezawodne w warunkach ograniczonego dostępu do energii elektrycznej.

5. Łatwość obsługi: nie wymagają skomplikowanego szkolenia w zakresie sterowania i są dostępne dla szerokiego grona odbiorców.

6. Stabilność i niezawodność: dzięki brakowi elektroniki i mechanizmów są mniej podatne na awarie i uszkodzenia.

7. Wsparcie naturalnego ruchu: mogą być zaprojektowane tak, aby wspierać naturalne ruchy użytkownika, zmniejszając ryzyko urazów.

8. Szeroki zakres zastosowań: nadają się do rehabilitacji, ciężkich prac fizycznych i sportu.

Zgodnie z ankietą przeprowadzoną przez ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga Sp. z o.o., pracownicy magazynu ręcznie przenoszą pudła o wadze 15 – 25 kg, podnoszą ładunki ze zgiętymi lub w pół zgiętymi plecami i mogą długo przebywać w jednej pozycji. Pasywne egzoszkielety są lekkie i pozwalają na podnoszenie ładunków o masie do 30 – 50 kg.

Współczesne aktywne egzoszkielety nie są jeszcze wystarczająco ergonomiczne i komfortowe: są nieporęczne, ograniczają mobilność, a długotrwałe noszenie może być niewygodne dla pracowników. Jednak ciągłe badania i rozwój nowych materiałów, takich jak włókno węglowe i kompozyty adaptacyjne, obiecują poprawę tych cech. Wtedy będzie można powrócić do rozważenia możliwości zastosowania aktywnych egzoszkieletów.

W ZNDKh przeprowadzono krótką analizę pasywnych egzoszkieletów rosyjskich producentów.

Trzy modele należą do firmy ProExo (Włodzimierz). Jeden z nich, najtańszy — model Ultra, nie pomaga przy podnoszeniu ciężkich ładunków, ale zmniejsza obciążenie mięśni pleców, wspiera prawidłową postawę i redukuje kompresję kręgosłupa. Ten typ egzoszkieletu ma zastosowanie dla kobiet pracujących w magazynie, które nie podnoszą ciężkich ładunków.

Egzoszkielety „Lite” i „Boost” tego samego producenta pozwalają na przenoszenie ładunków do 50 kg, podnoszenie i opuszczanie ładunków na wysokość pasa, odciążają mięśnie rąk i pleców oraz zmniejszają kompresję kręgosłupa, zapewniając prawidłową pozycję pleców podczas pracy.

Egzoszkielet modelu „Boost”, posiadający mankiety udowe i kompensatory ciężaru dla nóg, pozwala na rozłożenie obciążenia z pleców na biodra.

Zgodnie z badaniami producenta z 2023 roku, konfiguracja „Boost” wykazała dobre wyniki w zakresie odciążenia rąk do 49%, odciążenia mięśni pleców do 55% oraz do 30% zmniejszenia asymetrii bocznej (gdy lewa i prawa strona pracują mniej więcej tak samo, ponieważ często człowiek, przenosząc ładunek, obciąża jedną stronę mocniej i niespodziewanie zmniejsza obciążenie mięśni przedniej powierzchni ud).

Jednocześnie, oprócz odciążenia mięśni, egzoszkielet w konfiguracji „Boost” zmniejsza ryzyko urazów kończyn górnych, obręczy barkowej i pleców, zapobiega rozwojowi deformacji skoliotycznych i zmniejsza ryzyko pogłębienia problemów ortopedycznych, obniża wskaźnik wydatku energetycznego do 25% i znacznie zmniejsza objętość oddechową do 12%. 65% ochotników zauważyło zmniejszenie wpływu wysiłku fizycznego na mięśnie pleców.

Pasywny egzoszkielet „AUXILIUM MODEL M” petersburskiej marki „AUXILIUM” wszedł w tym roku do seryjnej produkcji przemysłowej. Wyrób ten, podobnie jak dwa poprzednie, pozwala na pracę z „ładunkami” do 50 kg, przenoszenie „ładunku” na odległość, podnoszenie i opuszczanie „ładunku” na wysokość pasa, długotrwałą pracę na stojąco przy pochyleniu tułowia z „ładunkiem”. Wykonywany jest w różnych modyfikacjach i z dwóch materiałów – aluminium i tytanu, od czego zależy koszt produktu końcowego.

Pasywny egzoszkielet „LOWEBACKER” kurskiej marki „Ekzomed”, który jest przeznaczony do odciążenia odcinków lędźwiowych kręgosłupa podczas podnoszenia i przenoszenia ładunków o maksymalnej wadze 30 kg z wysokości od 0 do 1 m.

Ten produkt pomaga odciążyć odcinki lędźwiowe kręgosłupa, zmniejszyć urazowość i choroby zawodowe, a także zwiększyć wytrzymałość operatora do 40% w zależności od rodzaju wykonywanych prac.

Należy zauważyć, że waga wszystkich rozpatrywanych egzoszkieletów nie przekracza 3 kg.

W wyniku zastosowania pasywnych egzoszkieletów w pracy pracowników magazynu oczekuje się:

1. Zmniejszenia ryzyka wystąpienia chorób zawodowych.
2. Zmniejszenia poziomu urazowości w miejscu pracy.
3. Zwiększenia wydajności pracy.
4. Oszczędności czasu na wykonywanie zadań niezwiązanych z wysiłkiem fizycznym (na przykład pasywny egzoszkielet, w przeciwieństwie do aktywnego, pozwala na szybkie przejście do wypełniania dokumentów, ponieważ nie trzeba go zdejmować).
5. Korzyści wizerunkowych – jedna z pierwszych firm w branży stosująca egzoszkielety.

Ponadto, zgodnie z wymogami Kodeksu Pracy Federacji Rosyjskiej, finansowanie corocznych działań na rzecz poprawy warunków pracy i standardów HSE przez pracodawców realizowane jest w wysokości nie mniejszej niż 0,2 procenta kwoty kosztów produkcji. Wdrożenie innowacyjnych technologii jest skutecznym działaniem na rzecz zmniejszenia urazowości w miejscu pracy i daje pracownikom pewność, że pracodawca jest zainteresowany poprawą ich warunków pracy i zmniejszeniem ryzyka zawodowego.