“ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga”有限责任公司设施中应用外骨骼的前景

目前，外骨骼技术正成为服务机器人领域发展最快的方向之一，包括俄罗斯在内的许多国家都在自主研发外骨骼系统。

对全球经验的分析表明，目前外骨骼模块及其系统主要有三个关键应用领域：

• 军用外骨骼；
• 康复外骨骼及用于补偿残障人士行动能力不足的外骨骼；
• 工业应用外骨骼。

如今，工业外骨骼领域引起了极大的关注，原因如下：

• 专为工业生产环境设计的可穿戴机器人设备，正成为外骨骼技术商业化应用中增长最快的领域；
• 工作和工业用外骨骼可应用于建筑工地、码头、工厂和仓库；
• 生产专业人员经常需要进行体力劳动，从而暴露在增加受伤风险的有害因素中 ——首当其冲的是肌肉骨骼疾病的发展，这在欧盟仍是最常见的职业病之一。这反过来又导致员工在丧失劳动能力期间的维护成本增加，并降低了企业的整体劳动生产率；
• 工业外骨骼套装对外骨骼行业特有的技术限制敏感度较低；
• 工业外骨骼控制系统的要求标准远低于医疗或军事领域的同类解决方案。

从结构上看，工业外骨骼分为上半身外骨骼、下半身外骨骼以及全身外骨骼。

根据受力特性，它们分为被动式（未配备驱动器 ——在这种情况下，通过使用阻尼器、弹簧、配重等来实现支撑和减负）和主动式，而主动式又根据所用驱动器的类型（机电、液压、气动、混合）分为不同的子类。

目前，在“ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga”有限责任公司的设施中，重点关注仓库员工的工作及其劳动过程的繁重程度，这主要由以下因素引起：

• 日常操作的重复性；
• 整个班次中沉重的体力负荷，主要集中在背部和腿部；
• 对于重量在25公斤以下的货物，无法或不宜使用起重设备。

上述因素会导致运动系统的疲劳和疼痛，从而可能引发职业病或工伤。

作为保护员工免受繁重体力劳动伤害的解决方案，公司正考虑使用工业外骨骼作为执行生产操作的辅助工具。使用此类设备有助于减轻仓库员工腰椎和背部肌肉的负荷。

根据俄罗斯公司对外骨骼测试和应用的基准分析结果，该领域才刚刚开始发展。

重工业，特别是冶金行业，正处于发展的顶峰。现代技术正在改变并加速许多流程。Nornickel是引入此类创新的领导者之一。该公司的企业使用了多家国内制造商生产的工业外骨骼。例如，在铜厂使用了由Exorise公司生产的X-Soft被动式外骨骼。

自2023年起，KAMAZ工厂开始使用带有手臂强化功能的装配用外骨骼，每只手臂可补偿高达15公斤的重量，并在拧紧螺栓时固定手腕，同时还使用了Nornickel所采用的Exorise公司被动式外骨骼。

2025年，KAMAZ物流中心正在实施一项引入被动式腰部外骨骼的项目 ——这是一种带有金属嵌件、支撑腰部区域的腰带。计划采购68套被动式外骨骼。目前已收到中心员工的积极反馈 ——他们强调了外骨骼的轻便性和有效性。

在Gazpromneft的生产现场，使用了由Exomed生产的ExoHeaver 3Hander被动式外骨骼。该设备可固定重达15公斤的电动或气动工具，减轻操作负担，并保护手臂关节免受振动伤害。

目前，“ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga”有限责任公司关注被动式外骨骼的原因如下：

1. 结构简单：被动式外骨骼结构更简单，使其在生产和维护上更加容易。

2. 成本低廉：由于结构简单且复杂部件少，被动式外骨骼的生产和采购成本更低。

3. 重量较轻：被动式外骨骼通常比主动式更轻，从而减轻了使用者的负担，使其更适合长时间穿戴。

4. 不依赖能源：不需要电池或其他电源，这使其在电力供应受限的环境中更加可靠。

5. 易于使用：不需要复杂的培训即可操作，适合广大受众。

6. 稳定可靠：由于没有电子设备和复杂机械结构，不易发生故障和损坏。

7. 支持自然运动：在设计上可以支持使用者的自然运动，降低受伤风险。

8. 应用领域广泛：适用于康复、繁重体力劳动和体育运动。

根据“ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga”有限责任公司的调查，仓库员工需要手动搬运重达15-25公斤的箱子，在弯腰或半弯腰的状态下搬起货物，并且可能长时间保持同一姿势。被动式外骨骼重量轻，可帮助搬起重达30-50公斤的货物。

目前现代的主动式外骨骼在人体工程学和舒适度方面仍有不足：它们体积庞大，限制了活动能力，长时间穿戴可能会让员工感到不适。然而，随着对碳纤维和自适应复合材料等新材料的不断研究和开发，这些特性有望得到改善。届时，可以重新考虑应用主动式外骨骼的可能性。

ZNDK对俄罗斯制造商生产的被动式外骨骼进行了简要分析。

其中三款型号属于ProExo公司（弗拉基米尔市）。其中最便宜的一款 ——Ultra型号，虽然不能辅助搬起重物，但能减轻背部肌肉的负荷，保持正确的姿势并减少脊柱压迫。这种类型的外骨骼适用于不执行重物搬运任务的女性仓库员工。

同一制造商的“Lite”和“Boost”外骨骼允许搬运重达50公斤的货物，可将货物提升和放下至齐腰高度，减轻手臂和背部肌肉的负担，降低脊柱压迫，并在工作时保持背部的正确姿势。

“Boost”型号外骨骼配有大腿袖带和腿部重量补偿器，可将负荷从背部转移到大腿上。

根据制造商2023年的研究，“Boost”配置展现出了良好的效果：手臂减负高达49%，背部肌肉减负高达55%，侧向不对称性减少高达30%（即左右两侧受力基本相同，因为人们在搬运货物时，往往会使某一侧承受更大负荷，并意外降低大腿前侧肌肉的负荷）。

同时，除了减轻肌肉负荷外，“Boost”配置的外骨骼还能降低上肢、肩带和背部受伤的风险，预防脊柱侧弯畸形的发展，降低骨科问题恶化的风险，将能耗指标降低高达25%，并显著降低呼吸量高达12%。65%的志愿者表示，体力劳动对背部肌肉的影响有所减轻。

圣彼得堡品牌“AUXILIUM”的被动式外骨骼“AUXILIUM MODEL M”于今年投入工业化量产。与前两款产品一样，该产品允许处理重达50公斤的“货物”，可进行远距离搬运，将“货物”提升和放下至齐腰高度，并在携带“货物”弯腰时长时间站立工作。它有多种型号，由铝和钛两种材料制成，最终产品的价格也取决于此。

库尔斯克品牌“Exomed”的被动式外骨骼“LOWEBACKER”，专为在0至1米高度内搬起和搬运最大重量为30公斤的货物时减轻腰椎负荷而设计。

该产品有助于减轻腰椎负荷，减少工伤和职业病，并根据工作类型的不同，将操作员的耐力提高高达40%。

需要指出的是，所有讨论过的外骨骼重量均不超过3公斤。

在仓库员工的工作中应用被动式外骨骼后，预计将实现：

1. 降低职业病发生的风险。
2. 降低生产中的工伤率。
3. 提高劳动生产率。
4. 节省执行非体力负荷任务的时间（例如，与主动式外骨骼不同，被动式外骨骼允许快速切换到填写文件的工作，因为不需要脱下设备）。
5. 声誉提升 ——成为行业内首批应用外骨骼的公司之一。

此外，根据俄罗斯联邦劳动法的要求，雇主每年用于改善工作条件和HSE措施的资金不得少于产品生产成本的0.2%。引入创新技术是降低生产工伤的有效措施，并能让员工确信雇主有意愿改善他们的工作条件并降低职业风险。