机械外骨骼,人的工作及它的未来|CyberDaily

在过去的六年里,外骨骼已经从一个大胆的愿景方向发展成为改变全世界工业及工人工作生活的现实。

50 多年前,通用电气工程师和机器人技术先驱 Ralph Mosher 在 1967 年美国底特律汽车工程大会上发表了一篇开创性的技术论文,概述了他对外骨骼使用和开发的愿景。

他写道:“人与机器可以结合成一个亲密的、共生的单元,基本上可以作为一个结合的系统运行。” “人的适应性、反射性控制可以直接传递给一个机械装置,这样机械装置就会做出反应,就好像它是人类的自然延伸一样。此外,通常对人类不利的环境也不会影响机器。”

在当时,这是一个非常远大崇高的愿景,但 Mosher 努力实现了这一愿景。“Mosher 是最早的外骨骼先驱之一,他与美国武装部队一起工作,目的是使机器更接近身体,”纽约创新与科学博物馆收藏和展览副总裁 Chris Hunter 解释道。“他们共同开发了‘Hardiman’——一种由两套套装组成的外骨骼,一套主人套装控制着用户也穿着的“奴隶”外骨骼套装。”

Hardiman

“奴隶”套装由液压和电力驱动,将穿戴者的力量放大了 25 倍,因此举起 110 公斤的重量就像举起 4.5 公斤。然而遗憾的是,这套衣服本身重达 680 公斤,响应时间非常慢,步行速度也是如此。更重要的是,据报道,当同时移动双腿时,错误会导致“机器剧烈且无法控制的运动”。因此,当这些挑战在 1971 年结束了 Hardiman 项目时,也就不足为奇了。

Hardiman

自从这些早期的进步以来,发生了很多变化。美国科技公司 Sarcos Robotics 的首席产品官 Kristi Martindale 解释说:“在生物力学、假肢、机器人和控制系统、人机界面、末端执行器、机电子系统和电源管理领域,创新出现了爆炸式增长。” “随着时间的推移,这些发展导致外骨骼技术的商业可行性。”

“外骨骼也变得更轻、更高效,并且能够更接近地模仿人类步态等运动,”跨国专业服务公司埃森哲高级董事总经理兼技术创新主管 Marc Carrel-Billiard 补充道。“这使它们比以往任何时候都更安全、更实用。”

因此,这些年来新的外骨骼公司不断涌现。“我们从一开始就存在,但今天全球有 80 多家外骨骼公司都在尝试用外骨骼解决复杂的人为因素,”总部位于加州的 Ekso Bionics 公司副总裁 Michael Pratt 解释说。

预计这一全球努力将带来真正的市场增长。ABI Research 预测,机器人外骨骼市场将在 2025 年达到 18 亿美元,高于 2014 年的 6800 万美元。到 2030 年,这一市场规模将增至 115 亿美元,其中全身动力工业外骨骼几乎占到 50%。“这些数字非常可观,真正突出了外骨骼市场机会的规模,”马丁代尔说。

“外骨骼为工人提供了更多的力量、敏捷性和耐力,可以让他们举起重物,减少人员的整体负担。”

马克·卡雷尔-台球,埃森哲

随着这种增长,用例将扩大,特别是在建筑和制造业等行业,员工携带和转移重物并以重复的方式移动。

Carrel-Billiard 说:“目前,背部受伤是美国第二大最常见的失业原因,估计每年造成 1000 亿美元的经济影响。” “外骨骼为工人提供了更多的力量、敏捷性和耐力,可以让他们举起重物,减少人员的整体负担。同时,那些不需要外部动力的被动外骨骼,是一种降低身体压力的经济有效的选择,可供数千名员工使用。”

“在建筑工地工作是一项体力要求很高的工作,”喜利得北欧区域产品经理 Saskia Duch 补充道。“工人全天会执行许多任务,这可能会对他们的舒适度、健康和安全产生负面影响。外骨骼系统提供适当水平的支持,以更舒适地执行这些应用程序,从而减少疲劳并防止其他职责受到阻碍。外骨骼的设计还可以承受存在灰尘的环境,这是保持工作场所高效和安全的重要因素。”

正是在这些情况下,几家公司正在取得真正的进展。例如,来自 Noonee 的无椅椅子可以在用户蹲下或站立时为他们提供支撑长时间保持相同的位置。

Chairless Chair

“Chairless Chair 2.0 现在是第三代产品,并与知名汽车制造商合作不断开发,”Noonee 发言人 Katrin Hoffmann 解释道。“外骨骼将 64% 的体重转移到脚上,并减轻背部的压力。这就是无椅椅子如此特别的原因。上半身的外骨骼支持力量方面,但外骨骼的额外重量必须由身体承担。另一方面,无椅子椅子通过外骨骼的腿将大部分重量转移到地面。”

与此同时,喜利得的解决方案专注于开销应用。“机械外骨骼 是 Hilti 产品系列的独特补充,在减少因在高架应用上工作引起的疲劳和疼痛方面为客户提供更高水平的支持,”Duch 解释说。“它的设计平衡了支撑力、活动自由度和舒适度,因此客户可以全天佩戴它。”

Duch 说,喜利得系统提高了生产力,因为它使工人能够以更少的痛苦和疲劳来执行艰巨的任务。“该系统在工作时产生支撑操作员手臂的力,减少肩关节的负荷,并降低经常在头顶上工作时经常发生的肩关节损伤风险,”她说。“再加上我们的车队管理、直销团队和数字服务,您将拥有独一无二的产品。”

总部位于加利福尼亚的 Levitate Technologies 还创造了一种上半身外骨骼。该公司营销和业务发展副总裁 Joseph Zawaideh 表示,这种外骨骼足够低调、足够轻、功能足够、透气性足够实用,并且可以穿戴在每个人身上。最终用户的一天。“这种实用性使其易于使用,从而提高了最终用户的采用率,”他解释道。“它是唯一被世界级制造商列为个人防护设备 (PPE) 并授权使用的上身外骨骼。”

Ekso Bionics 的 EVO 工业外骨骼使用户能够举起和握住电动工具,就好像它们根本没有任何重量一样。“我们的第二代工业外骨骼 EVO 采用了新的设计原则来增强工业运动员的能力,并为他们日常工作的物理性质提供支持,”普拉特说。“EVO 是基于在实际应用中的丰富经验而开发的。对于上半身外骨骼,EVO 具有独特的轻便、灵活和耐用的特点。EVO 的新颖设计可追踪身体的自然运动,并允许不受限制的运动范围,从而为佩戴者提供最佳支撑,同时提高他们的耐力。”

Ekso Bionics EVO

虽然这些解决方案都令人印象深刻,但目前市场上只有一种全身电池供电的外骨骼能够成功地将 Rosher 的早期愿景变为现实——这就是 Sarcos Robotics 的 Guardian XO。

Guardian XO 经过 20 年的制造,使用超过 125 个机器人集成传感器来检测环境条件和操作员的运动。防护服的重量及其有效载荷通过防护服的结构转移到地面,从而减轻了工人承受的重量以及防护服本身的重量的 100%。这意味着操作员可以穿着西装进行数小时的体力要求高的工作,反复举起和操作重物,而不会对他或她的身体造成任何压力或伤害。

Guardian XO

“Guardian XO 旨在应对非结构化环境中的挑战性工作,”Martindale 解释说。“为此,它最多可以举起 90 公斤。目前,它处于开发的最后阶段。”

这些解决方案的深度和广度不会被忽视。事实上,世界上一些最大的工业公司已经意识到这些外骨骼解决方案的价值。例如,据报道,德国宝马集团的汽车生产厂正在使用 Ekso Bionics 和 Noonee 的解决方案。Levitate 的解决方案消除了北美丰田汽车制造公司某些间接工作的伤害和工人补偿成本。

德国汽车制造商奥迪正在其生产车间使用无椅座椅。与此同时,在一项成功的试点计划之后,福特已将 Ekso Bionics 的第一代可穿戴外骨骼 EksoVest 添加到七个国家的 15 家装配厂。英国最大的承包商之一威尔莫特·迪克森 (Willmott Dixon) 已在全国多个建筑工地试用 EksoVest 作为解决方案。

福特添加EksoVest外骨骼15汽车工厂

“值得工业雇主称赞的是,现在许多人正在寻求符合重复性体力劳动要求的符合人体工程学的解决方案,”普拉特说。“主要产业是制造业、汽车业、食品加工和建筑业。我们的客户正在使用我们的外骨骼解决方案离子以推动可预测的性能和生产力。

“除此之外,我们的客户还受益于人才的招聘和留用、旷工成本的降低、员工敬业度的提高,以及让员工感到受到保护和支持以完成日常工作的更高士气。”

同时,为加快产品商业化,Sarcos Robotics 成立了外骨骼技术咨询小组,成员包括工业制造、汽车、航空、航天、建筑、石油天然气和公用事业公司,包括 Bechtel、Caterpillar、达美、通用电气和斯伦贝谢等。这些公司自 2018 年 3 月以来一直与 Sarcos 合作,以确定关键性能和安全要求。

达美航空是第一家一线员工直接与 Sarcos 合作以确定 Guardian XO 的潜在运营用途的公司。“2020 年 1 月,我们宣布与 Delta 建立合作伙伴关系,并在 2020 年消费电子展上首次公开展示 XO,”Martindale 说。“达美航空宣布与他们的一线工作人员一起对 XO 进行行李处理任务的试验。”

考虑到这些进步,很容易对外骨骼的当前应用感到兴奋——专家们一致认为,这将会有一个更令人兴奋的未来。

Carrel-Billiard 说:“在未来,外骨骼还可以充当提供一定程度可追溯性的连接设备,提供超越任务完成的洞察力以及任务完成方式的详细信息。” “更重要的是,随着大众消费化,我们可以期待更多的外骨骼来支持更多行业的日常活动。在工业领域之外,我们已经看到了培训、康复甚至娱乐的新用例,并期望随着技术的进步在未来看到更多的应用。”

Zawaideh 希望外骨骼成为标准的个人防护装备,就像安全眼镜、安全鞋和防坠落安全带一样。“我们预计外骨骼将被许多行业强制使用,我们也预计它们最终会在像家得宝这样的大型商店中提供给消费者,”他说。

Hoffman 表示同意:“工作场所的人体工程学主题变得越来越重要,并且已经在许多公司中得到很好的实施,”她说。“这就是为什么在未来,外骨骼将成为工作世界不可或缺的一部分。的确,一旦你体验了外骨骼的优势,就没有回头路了。”

*本文由CyberDaily 编辑VKi 编译,转载或联系请私信后台。

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