Passiivisten eksoskeletonin tehokkuuden arviointi rakennustöissä: Laboratoriopohjainen tutkimus

Kokeellinen protokolla vaatii noin 3 tuntia osallistujan ajasta. Se koostuu kuudesta vaiheesta:

Vaihe I: Body Discomfort and Handedness Kyselylomakkeet Ensin tutkimusryhmä antaa haastattelulomakkeen osallistujalle saadakseen tietoa osallistujien kehon kivun/epämukavuuden tasosta ja määrittääkseen osallistujan käden dominanssin Edinburgh Handedness Inventoryn avulla.

Vaihe II: Antropometriset kehon mittaukset ja voiman testaus Useita antropometrisiä kehon mittoja mitataan pystyasennossa vakiomittanauhalla ja antropometrillä. Vartalomitat sisältävät seisomakorkeuden, hartioiden korkeuden, vyötärön korkeuden lattiaan, jalkojen pituuden, polven korkeuden, käsivarren ylä- ja alaosan pituuden, jalan pituuden sekä hartioiden välisen etäisyyden. Tutkimukseen osallistuneiden ruumiinpaino mitataan tavallisella vaa'alla. Molempien käsien maksimivoimapitovoima mitataan 3 kokeessa käyttämällä tavallista käsikahvadynamometriä.

Vaihe III: BSE:iden sovittaminen Osallistujille esitellään neljä erilaista kaupallista BSE:tä (backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton). Valmistajien ohjeiden mukaisesti osallistujat voivat testata jokaista laitetta, sovittaa laite kehoonsa mukavuuden vuoksi käyttämällä säädettäviä ominaisuuksia (esim. hihnat).

Vaihe IV: Optinen liikkeensieppausmerkki, puettavat inertia-anturit ja pintaelektromyografia (sEMG) -anturin sijoitus Kaupallista liikkeensieppausjärjestelmää (Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Ruotsi) käytetään seuraamaan ja analysoimaan kehon segmenttien liikeratoja kolmessa -ulotteinen tila. Useita optisia merkkejä sijoitetaan tutkimuksen osallistujien anatomisiin maamerkkeihin, kuten päähän, hartioihin, käsivarsiin, käsiin, selkään, lantioon, jalkoihin ja jalkoihin. Hypoallergeenista kaksipuolista teippiä käytetään optisten merkkien kiinnittämiseen anatomisiin maamerkkeihin. Käytettävät inertia-anturit kiinnitetään hypoallergeenisella kaksipuolisella teipillä alaselkään vyötärön (S1), yläselän (T6), rintalastan, olkavarren (R, L), käsivarren (R, L), reiteen ( R, L) ja varsi (R, L). Kahdeksan sEMG-anturia sijoitetaan laskevaan trapeziukseen (TRP), anterior deltoidiin (AD), Iliocostalis lumborumiin (ILL), vatsasuoraan (RA), ulkoiseen vinoon (EO), kohdunkaulan erekteeri spinaan (CES), Latissimus Dorsi (LD), ja Vastus Lateralis (VL) mittaamaan lihasten aktivaatiotasoa suoritettaessa simuloituja työtehtäviä, jotka on kuvattu vaiheessa VI.

Vaihe V: Maksimaalisen vapaaehtoisen supistumisen (MVC) mittaus lihasten aktivaatiolle Työtehtäviä suoritettaessa lihasten aktivaatiotaso vaihtelee lihasten ja koehenkilöiden välillä. Yleinen tapa on normalisoida jokaisen lihaksen myoelektrinen aktiivisuus jokaiselle osallistujalle mittaamalla isometrinen maksimaalinen vapaaehtoinen supistuminen (MVC). Tässä tutkimuksessa tutkijat mittaavat 11 MVC:tä ennen varsinaisten työtehtävien alkamista. MVC-testimme perustuvat vartalolihasten tutkimukseen. Ennen MVC-mittausta osallistujia pyydetään lämmittelemään viidellä venytysharjoituksella: (a) Seiso pystyssä jalat hartioiden leveydellä toisistaan. Aseta kätensä hänen pakaraan tukeakseen. Katso ylöspäin ja nojaa hitaasti taaksepäin. Pidä hänen jalkansa tukevina. (b) Seiso pystyssä jalat hartioiden leveydellä toisistaan. Aseta toinen käsi hänen pakaraan tukeaksesi. Katso ylös ja nojaa hitaasti taaksepäin. Kurota hänen vastakkaisella kädellään. Pyöritä ylävartaloa vyötäröltä. (c) Polvistu yhdellä jalalla. Aseta kätensä lantiolle. Työnnä lantiota eteenpäin. Tarvittaessa pidä kiinni jostakin tasapainon säilyttämiseksi. (d) Seiso pystyssä jalat hartioiden leveydellä toisistaan. Risti hänen kätensä ja aseta kätensä olkapäille. Pyöritä hänen hartioitaan hitaasti toiselle puolelle. Voit lisätä tämän venytyksen intensiteettiä käyttämällä hänen käsiään kääntääksesi sivuttain. (e) Polvistu nelijalkain. Tue itseään yhdellä kädellä ja kurkota toisella kädellä nilkkaa kohti. Pidä hänen selkänsä yhdensuuntainen maan kanssa. Pidä selkä suorana, yhdensuuntainen maan kanssa ja hänen reisinsä pystyasennossa. Jaa hänen painonsa tasaisesti molemmille käsille ja polville. Lämmittelyn jälkeen suoritetaan MVC-testi, joka sisältää (1) ylävartalon taivutuksen: koehenkilö on istuma-asennossa penkille jalat koukussa ja jalat kiinnitetty vyöllä. Sitten hän yrittää taivuttaa ylävartaloa sagitaalisessa tasossa samalla, kun kokeilija tukee hänen rintakehänsä manuaalisesti; (2) ylävartalon vääntyminen (R ja L): Samassa istuma-asennossa koehenkilö yrittää kiertää vartalon yläosaa vaakatasossa samalla kun kokeilija tukee hänen rintakehänsä manuaalisesti; (3) alavartalon taivutus: Kohde yrittää taivuttaa vartalon alaosaa sagitaalisessa tasossa ollessaan makuuasennossa, mutta polvet ja lonkat ovat molemmat koukussa noin 90 astetta. Hänen rintakehänsä kiinnitetään vyöllä ja hänen jalkojaan tuetaan manuaalisesti. (4) alavartalon vääntyminen (R ja L): Samassa makuu- ja tuetuissa asennossa koehenkilö yrittää kiertää vartalon alaosaa vaakatasossa samalla kun kokeilija tukee hänen jalkojaan manuaalisesti; (5) ylävartalon taipuminen (R ja L): koehenkilö yrittää taivuttaa ylävartaloa sivuttain etutasossa ollessaan kyljellään, polvet koukussa ja vyöllä kiinnitettyinä, ja rintakehä ja käsivarret tuetaan manuaalisesti kokeilija; (6) alavartalon taivutus: koehenkilö säilyttää oikean ja vasemman puolen silta-asennon, kun taas kokeen suorittaja kohdistaa maksimaalisen vastustuskyvyn alaspäin suuntautuvaan paineeseen; (7) ylävartalon ojennus: koehenkilö kiinnitetään hihnalla makuuasennossa vartalo vaakasuoraan ulokkeella penkin pään yli (Biering-Sorensen-asento). Sitten hän yrittää pidentää ylävartaloa sagitaalisessa tasossa ja vetää olkapäät sisään (puristaen lapaluita yhteen), kun kokeen suorittaja kohdistaa käsin olkapäihin vastusta; (8) alavartalon ojennus: koehenkilö yrittää ulottaa vartalon alaosaa ja lantiota käsin kohdistuvaa vastusta vastaan ​​ollessaan vatsa-asennossa vartalon ollessa penkillä ja jalat vaakasuorassa ulokkeessa penkin pään yli; (9) olkapään kierto ja adduktio (R ja L): tutkittava yrittää addukoida ja kääntää olkapäätä sisäisesti manuaalista vastusta vastaan, kun olkapää on siepattu ja kyynärpää taivutettu, molemmat 90 astetta. Lisäksi tehdään kaksi vastustamatonta maksimaalista vatsan supistusta seistessä; (10) maksimaalinen vatsan koverrus: tutkittava yrittää aktivoida maksimaalisesti syvät vatsalihakset vetäen samalla alavatsaa; (11) maksimaalinen vatsan tuki: tutkittava yrittää aktivoida maksimaalisesti koko vatsan seinämän ilman, että lihakset muuttuvat. Kaikissa MVC-testeissä osallistujia pyydetään käyttämään maksimivoimaansa staattisessa asennossa (tutkijamme antaa ohjeet) viiden sekunnin välein. Kahden ensimmäisen sekunnin aikana heitä pyydetään nousemaan maksimissaan ja ylläpitämään voimaa seuraavat kolme sekuntia. MVC:t testataan vähintään kaksi kertaa jokaista lihasryhmää kohti.

Vaihe VI: Tiedonkeruu simuloiduissa rakennustyötehtävissä Osallistujilta tallennetaan asentotietoja suoritettaessa kuusi simuloitua betonityötehtävää (eli lapioiminen, kehystys, rakennusmateriaalien kantaminen ja nostaminen, vasarointi ja raudoitustankojen sitominen) eri intensiteetillä. Materiaali, jota he nostavat, kantavat, lapioivat ja pitävät, ei ylitä 30 paunaa, kuten NIOSH on ilmoittanut. Osallistujat suorittavat tehtävät erilaisten BSE-tautien kanssa. Tehtäväkokeet tallennetaan videolle visuaalista vastaavuutta varten, kun analysoidaan liikkeenkaappaus- ja inertia-anturitietoja. Osallistujille annetaan kahden minuutin lepotauko tehtävien välillä ja 30 sekunnin lepotauko kokeiden välillä. Tehtäväehtojen järjestys kunkin työtehtävän sisällä satunnaistetaan.

• Tehtävä 1: Rakennusmateriaalin lapioiminen ja siirtäminen paikasta A paikkaan B. A:n ja B:n välimatkaksi asetetaan 0,5 m, molemmat maanpinnan tasolla. Osallistujia pyydetään lapioimaan rakennusmateriaaleja kolmella eri painolla (eli lika, sementti ja sora). Osallistujia pyydetään lapioimaan korkealla taajuudella (15 kauhaa minuutissa).
• Tehtävä 2: Kehystä 30" seinä sähköruuvimeisselillä. Kehys sijoitetaan lattialle kohotettuun pintaan (28" korkeus) verrattuna. Osallistujia pyydetään käyttämään sähköruuvimeisseliä ruuvin kiertämiseen runkoon ja siitä ulos.
• Tehtävä 3: Eripainoisten rakennusmateriaalien (eli puurunkojen ja putkien) kantaminen aina 10 metriin asti kussakin kokeessa. Kuljetettavien materiaalien enimmäispaino ei saa ylittää 30 paunaa.
• Tehtävä 4: Eripainoisten rakennusmateriaalien nosto. Kantotehtävässä käytetään samoja materiaaleja.
• Tehtävä 5: Maassa sijaitsevan nyrkkeilysäkin lyöminen vs. 18 tuumaa korkea vs. 36 tuumaa korkealla eripainoisella vasaralla (eli 0, 6, 12, 16 ja 20 naulaa).
• Tehtävä 6: Harjastangon sitominen kehystettyyn ristikkoon, joka sijaitsee eri korkeuksilla (eli 0", 50").

Tehtävät ja intensiteettitasot valittiin monipuolisiksi, mutta toistettaviksi (kehonasennon suhteen) ja konkreettisissa työtehtävissä tavallisia tehtäviä muistuttavat.

Osallistujia pyydetään vastaamaan kyselyihin, joissa kysytään heidän kokemuksistaan, käytettävyydestään ja hyväksyttävyydestään kussakin eksoskeletonissa kunkin työtehtävän suorittamisen jälkeen.

Tiedonkeruuprosessi päättyy optisten merkkien ja puettavien sensorien poistamiseen. Osallistujille tarjotaan tarvittaessa lepotaukoa ja virvokkeita sekä korvausta ja maksulomakkeen täyttäminen.