ExoHeaver
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 Цифровой лаборатории «Норникеля»[1][2] .
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»[3][4].
Области применения[править]
Анализ[править]
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[5]. 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[править]
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[6][7].
Путь решения проблемы[править]
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.[8].
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»[9][10].
Принцип работы и особенности[править]
Особенности конструкции[править]
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 ≈20 кг. 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[11].
«Мозг» экзоскелета[править]
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[12]. 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.
Источники[править]
- ↑ Министерство науки и высшего образования Российской Федерации. www.minobrnauki.gov.ru. Проверено 1 июня 2020.[недоступная ссылка]
- ↑ Путину показали возможности российских экзоскелетов (рус.). Lenta.ru. Проверено 1 июня 2020.
- ↑ Курский экзоскелет признали лучшей инновацией на рынке средств индивидуальной защиты (рус.). РИА Курск (2020-01-21). Проверено 1 июня 2020.
- ↑ Топ-10 инновационных продуктов, продемонстрированных на выставке БИОТ (рус.). Гетсиз.ру (2020-01-15). Проверено 31 мая 2020.
- ↑ Каталог публикаций::Федеральная служба государственной статистики. old.gks.ru. Проверено 31 мая 2020.
- ↑ Допустимая норма перемещения тяжелых предметов вручную для мужчин и женщин (рус.). ohranatryda.ru (2019-07-29). Проверено 1 июня 2020.
- ↑ ГОСТ Р ИСО 11228-1-2009 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Эргономика. Ручная обработка грузов. Часть 1. Поднятие и переноска. Общие требования (Переиздание), ГОСТ Р от 27 июля 2009 года №ИСО 11228-1-2009. docs.cntd.ru. Проверено 1 июня 2020.
- ↑ Инженерная школа Forbes открыла новый сезон (рус.). Ведомости. Проверено 1 июня 2020.
- ↑ На Земле родилась новейшая специальность – «эксплуатация промышленных экзоскелетов» (рус.). sgnorilsk.ru. Проверено 31 мая 2020.
- ↑ Промышленные экзоскелеты «Норникеля» были представлены Президенту России (рус.). Норникель. Проверено 31 мая 2020.
- ↑ На Медном заводе прошла конференция «ЭкзоНорильск» (рус.). sgnorilsk.ru. Проверено 31 мая 2020.
- ↑ «Норникель» выпустит интеллектуальную версию экзоскелета (рус.). Норникель. Проверено 31 мая 2020.
Литература[править]
- Яцун С. Ф., Антипов В. М., Карлов А. Е. Моделирование подъема груза с помощью промышленного экзоскелета // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22, № 6(81). С. 14-20
- Яцун С. Ф., Савин С. И., Емельянова О. В., Яцун А. С.,Турлапов Р. Н. Экзоскелеты: анализ конструкций, принципы создания, основы моделирования: монография // Курск: Университетская книга, 2015. 179 с.
- Яцун С. Ф., Савин С. И.,Яцун А. С.,Климов Г. В. Кинематический анализ экзоскелета в процессе подъема груза // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия «Техника и технологии». 2015. No3 (16). С. 24-30.
- Давыдов В. А.,Безмен П. А. Эргономика промышленного экзоскелета на основе экспериментальных данных // Завалишинские чтения 2019, Сборник докладов 17-20 апреля 2019 г.,страницы 76-78.
- Постольный А. А., Безмен П. А., Карлов А. Е.,Савельева Е. В. Промышленный экзоскелет для строительных технологий // Завалишинские чтения 2019, Сборник докладов 17-20 апреля 2019 г.,страницы 223—226.
- Мальчиков А. В., Яцун А. С., Белов А. Ю., Репкин А.В Анализ эффективности применения экзоскелета в производственном процессе промышленного предприятия// В сборнике: Юность и знания — гарантия успеха −2019. сборник научных трудов 6-й Международной молодежной научной конференции. Юго-Западный государственный университет. 2019. С. 234—237.