Triển vọng ứng dụng khung xương ngoài tại các cơ sở của ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC

Hiện nay, chủ đề về khung xương ngoài (exoskeleton) đang trở thành một trong những lĩnh vực phát triển năng động nhất của robot dịch vụ, bao gồm cả việc phát triển các tổ hợp khung xương ngoài nội địa, trong đó có ở Nga.

Phân tích kinh nghiệm toàn cầu cho thấy hiện có ba lĩnh vực ứng dụng chính cho các mô-đun khung xương ngoài và các tổ hợp dựa trên chúng:

• khung xương ngoài dùng trong quân sự;
• khung xương ngoài phục hồi chức năng và khung xương ngoài bù đắp sự hạn chế vận động cho người khuyết tật;
• khung xương ngoài ứng dụng trong công nghiệp.

Hiện nay, hướng phát triển khung xương ngoài công nghiệp đang thu hút sự quan tâm lớn nhất vì một số lý do:

• các thiết bị robot đeo trên người được thiết kế để sử dụng trong môi trường sản xuất công nghiệp đang trở thành lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong việc thương mại hóa công nghệ khung xương ngoài;
• khung xương ngoài phục vụ công việc và công nghiệp có thể được sử dụng tại các công trường xây dựng, bến tàu, nhà máy, nhà kho;
• các chuyên gia trong sản xuất thường xuyên phải làm việc chân tay, dẫn đến việc họ phải tiếp xúc với các yếu tố độc hại làm tăng nguy cơ chấn thương — chủ yếu là sự phát triển của các rối loạn cơ xương khớp, vốn vẫn là một trong những bệnh nghề nghiệp phổ biến nhất ở Liên minh Châu Âu. Điều này dẫn đến sự gia tăng chi phí hỗ trợ người lao động trong thời gian họ mất khả năng lao động và làm giảm năng suất lao động của toàn doanh nghiệp;
• bộ đồ khung xương ngoài công nghiệp ít bị ảnh hưởng hơn bởi các hạn chế công nghệ đặc trưng của ngành công nghiệp khung xương ngoài;
• mức độ yêu cầu đối với hệ thống điều khiển khung xương ngoài công nghiệp thấp hơn đáng kể so với các giải pháp tương tự trong ứng dụng y tế hoặc quân sự.

Về mặt cấu tạo, khung xương ngoài công nghiệp được chia thành khung xương ngoài cho phần thân trên, phần thân dưới và loại toàn thân.

Dựa trên đặc điểm tác dụng lực, chúng được chia thành loại thụ động (không trang bị bộ truyền động — việc hỗ trợ và giảm tải trong những trường hợp này được thực hiện thông qua việc sử dụng bộ giảm chấn, lò xo, đối trọng, v.v.) và loại chủ động, loại này lại được chia thành các nhóm nhỏ tùy thuộc vào loại bộ truyền động được sử dụng (cơ điện, thủy lực, khí nén, kết hợp).

Hiện tại, tại các cơ sở của ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC, sự chú ý đang được tập trung vào hoạt động của các nhân viên kho và mức độ nặng nhọc trong quá trình làm việc của họ, do:

• tính lặp đi lặp lại của các thao tác thường quy;
• hoạt động thể chất nặng nhọc trong suốt ca làm việc, chủ yếu tác động lên lưng và chân;
• không có khả năng hoặc không phù hợp để sử dụng các thiết bị nâng hạ đối với hàng hóa có trọng lượng lên đến 25 kg.

Các yếu tố nêu trên gây ra sự mệt mỏi và đau nhức ở hệ cơ xương khớp, có thể dẫn đến các bệnh nghề nghiệp hoặc chấn thương.

Như một giải pháp để bảo vệ người lao động khỏi các hoạt động thể chất nặng nhọc, công ty đang xem xét việc sử dụng khung xương ngoài công nghiệp như những công cụ hỗ trợ khi thực hiện các hoạt động sản xuất. Việc ứng dụng các thiết bị này giúp giảm tải cho cột sống thắt lưng và cơ lưng của nhân viên kho.

Theo kết quả đánh giá chuẩn từ các thử nghiệm và ứng dụng khung xương ngoài tại các công ty Nga, lĩnh vực này mới chỉ bắt đầu phát triển.

Các ngành công nghiệp nặng, đặc biệt là ngành luyện kim, đang ở đỉnh cao của sự phát triển. Công nghệ hiện đại đang chuyển đổi và đẩy nhanh nhiều quy trình. Nornickel là một trong những đơn vị tiên phong trong việc áp dụng các đổi mới này. Tại các nhà máy của công ty, khung xương ngoài công nghiệp từ nhiều nhà sản xuất trong nước đang được sử dụng. Ví dụ, tại Nhà máy Đồng, họ sử dụng khung xương ngoài thụ động X-Soft do công ty Exorise sản xuất.

Từ năm 2023, nhà máy KAMAZ đã sử dụng khung xương ngoài hỗ trợ lắp ráp với tính năng tăng cường sức mạnh cho cánh tay, bù đắp trọng lượng lên đến 15 kg cho mỗi cánh tay và cố định cổ tay khi vặn bu lông, cũng như khung xương ngoài thụ động của công ty Exorise mà Nornickel đang sử dụng.

Vào năm 2025, trung tâm hậu cần của KAMAZ sẽ triển khai dự án áp dụng khung xương ngoài thụ động vùng thắt lưng — một chiếc đai có các miếng đệm kim loại giúp hỗ trợ vùng thắt lưng. Dự kiến sẽ mua 68 khung xương ngoài thụ động. Những phản hồi tích cực đã được ghi nhận từ các nhân viên của trung tâm — họ đánh giá cao sự nhẹ nhàng và hiệu quả của khung xương ngoài.

Tại các cơ sở sản xuất của công ty Gazpromneft, khung xương ngoài thụ động ExoHeaver 3Hander do Exomed sản xuất đang được sử dụng. Thiết bị này cho phép gắn các dụng cụ điện hoặc khí nén có trọng lượng lên đến 15 kg, giúp thao tác dễ dàng hơn và bảo vệ các khớp tay khỏi độ rung.

Hiện tại, ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC đang chú ý đến các khung xương ngoài thụ động vì những lý do sau:

1. Cấu tạo đơn giản: khung xương ngoài thụ động có thiết kế đơn giản hơn, giúp chúng dễ dàng sản xuất và bảo trì hơn.

2. Chi phí thấp: do sự đơn giản và ít linh kiện phức tạp, khung xương ngoài thụ động có chi phí sản xuất và mua sắm rẻ hơn.

3. Trọng lượng nhẹ hơn: khung xương ngoài thụ động thường nhẹ hơn loại chủ động, giúp giảm tải cho người sử dụng và mang lại sự thoải mái hơn khi đeo trong thời gian dài.

4. Không phụ thuộc vào nguồn năng lượng: không yêu cầu pin hoặc các nguồn điện khác, giúp chúng đáng tin cậy hơn trong điều kiện hạn chế tiếp cận với điện năng.

5. Dễ sử dụng: không yêu cầu đào tạo phức tạp để điều khiển và có thể tiếp cận với nhiều đối tượng người dùng.

6. Tính ổn định và độ tin cậy: nhờ không có các thiết bị điện tử và cơ cấu máy móc, chúng ít bị trục trặc và hỏng hóc hơn.

7. Hỗ trợ chuyển động tự nhiên: có thể được thiết kế để hỗ trợ các chuyển động tự nhiên của người dùng, giúp giảm nguy cơ chấn thương.

8. Phạm vi ứng dụng rộng rãi: phù hợp cho phục hồi chức năng, các công việc thể chất nặng nhọc và thể thao.

Theo một cuộc khảo sát của ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC, các nhân viên kho phải mang vác thủ công các hộp nặng 15 – 25 kg, nâng hàng hóa trong tư thế cong hoặc hơi cong lưng và có thể phải giữ nguyên một tư thế trong thời gian dài. Khung xương ngoài thụ động có trọng lượng nhẹ và cho phép nâng hàng hóa có khối lượng lên đến 30 – 50 kg.

Các khung xương ngoài chủ động hiện đại vẫn chưa đủ tính công thái học và sự thoải mái: chúng cồng kềnh, hạn chế khả năng vận động và việc đeo trong thời gian dài có thể gây khó chịu cho người lao động. Tuy nhiên, các nghiên cứu liên tục và việc phát triển các vật liệu mới, chẳng hạn như sợi carbon và vật liệu composite thích ứng, hứa hẹn sẽ cải thiện những đặc tính này. Khi đó, có thể quay lại xem xét khả năng ứng dụng khung xương ngoài chủ động.

Tại ZNDKh, một phân tích ngắn gọn về các khung xương ngoài thụ động của các nhà sản xuất Nga đã được thực hiện.

Ba mẫu thuộc về công ty ProExo (thành phố Vladimir). Một trong số đó, mẫu có giá cả phải chăng nhất — Ultra, không hỗ trợ nâng hàng hóa nặng nhưng giúp giảm tải cho cơ lưng, duy trì tư thế đúng và giảm sự chèn ép cột sống. Loại khung xương ngoài này phù hợp cho các nữ nhân viên kho không phải thực hiện việc nâng hàng hóa nặng.

Các mẫu khung xương ngoài "Lite" và "Boost" của cùng nhà sản xuất này cho phép mang vác hàng hóa lên đến 50 kg, nâng và hạ hàng hóa ở độ cao ngang thắt lưng, giảm tải cho cơ tay và cơ lưng, đồng thời giảm sự chèn ép cột sống, tạo ra tư thế lưng chuẩn xác khi làm việc.

Khung xương ngoài mẫu "Boost", với các vòng bít đùi và bộ bù trọng lượng cho chân, cho phép phân bổ tải trọng từ lưng xuống đùi.

Theo các nghiên cứu của nhà sản xuất từ năm 2023, cấu hình "Boost" đã cho thấy kết quả tốt trong việc giảm tải cho tay lên đến 49%, giảm tải cho cơ lưng lên đến 55% và giảm đến 30% sự bất đối xứng hai bên (khi bên trái và bên phải hoạt động gần như tương đương nhau, vì thông thường khi mang vác vật nặng, con người thường dồn lực nhiều hơn vào một bên và vô tình làm giảm tải trọng lên các cơ ở mặt trước đùi).

Đồng thời, ngoài việc giảm tải cho cơ bắp, khung xương ngoài cấu hình "Boost" còn làm giảm nguy cơ chấn thương chi trên, đai vai và lưng, ngăn ngừa sự phát triển của các biến dạng vẹo cột sống và giảm nguy cơ làm trầm trọng thêm các vấn đề chỉnh hình, giảm mức tiêu hao năng lượng lên đến 25% và giảm đáng kể thể tích hô hấp lên đến 12%. 65% tình nguyện viên đã ghi nhận sự sụt giảm tác động của hoạt động thể chất lên cơ lưng.

Khung xương ngoài thụ động "AUXILIUM MODEL M", thuộc thương hiệu "AUXILIUM" của St. Petersburg, đã được đưa vào sản xuất công nghiệp hàng loạt trong năm nay. Sản phẩm này, giống như hai sản phẩm trước, cho phép làm việc với "hàng hóa" lên đến 50 kg, mang vác "hàng hóa" trên các quãng đường, nâng và hạ "hàng hóa" ở độ cao ngang thắt lưng, làm việc đứng trong thời gian dài khi nghiêng người cùng "hàng hóa". Nó được sản xuất với nhiều phiên bản và từ hai loại vật liệu – nhôm và titan, điều này quyết định giá thành của sản phẩm cuối cùng.

Khung xương ngoài thụ động "LOWEBACKER", thuộc thương hiệu "Exomed" của Kursk, được thiết kế để giảm tải cho vùng cột sống thắt lưng khi nâng và mang vác hàng hóa có trọng lượng tối đa 30 kg từ độ cao 0 đến 1 m.

Sản phẩm này giúp giảm tải cho vùng cột sống thắt lưng, giảm thiểu chấn thương và bệnh nghề nghiệp, đồng thời tăng sức bền của người vận hành lên đến 40% tùy thuộc vào loại công việc.

Cần lưu ý rằng trọng lượng của tất cả các khung xương ngoài được xem xét đều không vượt quá 3 kg.

Kết quả của việc ứng dụng khung xương ngoài thụ động trong công việc của nhân viên kho dự kiến sẽ mang lại:

1. Giảm nguy cơ mắc các bệnh nghề nghiệp.
2. Giảm tỷ lệ chấn thương trong sản xuất.
3. Nâng cao năng suất lao động.
4. Tiết kiệm thời gian thực hiện các nhiệm vụ không liên quan đến hoạt động thể chất (ví dụ, khung xương ngoài thụ động, không giống như loại chủ động, cho phép nhanh chóng chuyển sang việc điền tài liệu vì không cần phải tháo thiết bị ra).
5. Lợi ích về danh tiếng – trở thành một trong những công ty đầu tiên trong ngành ứng dụng khung xương ngoài.

Ngoài ra, theo yêu cầu của Bộ luật Lao động Liên bang Nga, việc tài trợ cho các hoạt động hàng năm nhằm cải thiện điều kiện và an toàn lao động (HSE) của người sử dụng lao động được thực hiện với mức không dưới 0,2% tổng chi phí sản xuất sản phẩm. Việc áp dụng các công nghệ đổi mới là một biện pháp hiệu quả để giảm thiểu chấn thương trong sản xuất và mang lại cho người lao động sự tự tin rằng người sử dụng lao động quan tâm đến việc cải thiện điều kiện làm việc của họ và giảm thiểu các rủi ro nghề nghiệp.