건설 작업을 위한 수동 외골격의 효율성 평가: 실험실 기반 연구

실험 프로토콜은 참가자 시간의 약 3시간이 필요합니다. 다음과 같은 6단계로 구성됩니다.

1단계: 신체 불편감 및 손잡기 설문지 먼저, 연구팀은 참가자의 신체 통증/불편감 수준에 대한 정보를 얻고 Edinburgh Handedness Inventory를 사용하여 참가자의 손 우세를 결정하기 위해 인터뷰 설문지를 관리합니다.

2단계: 인체측정학적 신체 측정 및 강도 테스트 표준 줄자와 인체측정기를 사용하여 똑바로 선 자세에서 여러 인체측정학적 신체 치수를 측정합니다. 신체 측정에는 서 있는 키, 어깨 높이, 허리에서 바닥까지의 높이, 다리 길이, 무릎 높이, 상완 및 하체 길이, 발 길이 및 어깨 간 거리가 포함됩니다. 연구 참가자의 체중은 표준 체중계를 사용하여 측정됩니다. 양손의 최대 파워 그립 강도는 표준 핸드헬드 그립 동력계를 사용하여 3회 시도에 대해 측정됩니다.

3단계: BSE 맞추기 네 가지 유형의 상업용 BSE(backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton)가 참가자들에게 소개됩니다. 제조업체의 지침에 따라 참가자는 각 장치를 테스트하고 조정 가능한 기능(예: 스트랩)을 사용하여 장치를 몸에 편안하게 맞출 수 있습니다.

4단계: 광학 모션 캡처 마커, 웨어러블 관성 센서 및 표면 근전도(sEMG) 센서 배치 상업용 모션 캡처 시스템(Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Sweden)을 사용하여 3단계에서 신체 세그먼트 모션 궤적을 모니터링하고 분석합니다. - 차원 공간. 머리, 어깨, 팔, 손, 등, 골반, 다리 및 발을 포함하여 연구 참가자의 해부학적 랜드마크에 여러 광학 마커를 배치합니다. 저자극성 양면 테이프를 사용하여 해부학적 랜드마크에 광학 마커를 부착합니다. 웨어러블 관성센서는 허리부근(S1), 등상부(T6), 흉골, 상완(R, L), 하완(R, L), 허벅지( R, L) 및 생크(R, L). 8개의 sEMG 센서는 승모근 하강(TRP), 전방 삼각근(AD), 장늑골근(ILL), 복직근(RA), 외복사근(EO), 척추기립근(CES), 광배근(LD), VL(Vastus Lateralis)은 VI 단계에 설명된 모의 작업을 수행하는 동안 근육 활성화 수준을 측정합니다.

5단계: 근육 활성화를 위한 MVC(Maximum Voluntary Contraction) 측정 작업을 수행하는 동안 근육 활성화 수준은 근육마다, 대상자마다 다릅니다. 일반적인 방법은 아이소메트릭 MVC(Maximal Voluntary Contraction)를 측정하여 모든 참가자에 대해 각 근육의 근전도 활동을 정상화하는 것입니다. 이 연구에서 조사관은 실제 작업 작업을 시작하기 전에 11개의 MVC를 측정합니다. MVC 테스트는 몸통 근육 연구를 기반으로 합니다. MVC 측정 전에 참가자는 5가지 스트레칭 운동으로 워밍업을 해야 합니다. (a) 발을 어깨 너비로 벌리고 똑바로 서십시오. 지원을 위해 엉덩이에 손을 대십시오. 위를 보고 천천히 뒤로 몸을 기울입니다. 다리를 튼튼하게 유지하십시오. (b) 발을 어깨너비로 벌리고 똑바로 선다. 지원을 위해 엉덩이에 한 손을 올려 놓으십시오. 위를 보고 천천히 뒤로 몸을 기울입니다. 반대쪽 손으로 손을 뻗으십시오. 허리에서 상체를 회전시킵니다. (c) 한 발로 무릎을 꿇습니다. 엉덩이에 손을 얹으십시오. 엉덩이를 앞으로 밉니다. 필요한 경우 균형을 유지하기 위해 무언가를 잡으십시오. (d) 발을 어깨너비로 벌리고 똑바로 선다. 팔짱을 끼고 어깨에 손을 얹는다. 천천히 어깨를 한쪽으로 돌립니다. 이 스트레칭의 강도를 높이려면 손을 사용하여 옆으로 회전하십시오. (e) 네발로 무릎을 꿇습니다. 한 손으로 몸을 지탱하고 다른 한 손으로 발목 쪽으로 뻗습니다. 등을 지면과 평행하게 유지하십시오. 등은 곧게 펴고 지면과 평행을 유지하며 허벅지는 수직 자세를 유지합니다. 양손과 무릎에 체중을 고르게 분산시킵니다. 워밍업 후 MVC 테스트가 수행됩니다. 여기에는 (1) 상부 몸통 굴곡: 피실험자가 다리를 구부리고 발을 벨트로 묶은 벤치에 앉은 자세로 앉습니다. 그런 다음 그녀의 흉부가 실험자에 의해 수동으로 보강되는 동안 그는 시상면에서 상부 몸통을 구부리려고 시도할 것입니다. (2) 상부 몸통 비틀기(R 및 L): 동일한 지지 자세로 앉은 상태에서 대상자는 수평면에서 상부 몸통을 비틀려고 시도하고 실험자는 흉부를 수동으로 지지합니다.(3) 하부 몸통 굴곡: 피험자는 누운 자세에서 무릎과 엉덩이가 모두 약 90도로 구부러진 상태에서 시상면에서 아래쪽 몸통을 구부리려고 시도합니다. 그의 흉부는 벨트로 묶이고 그의 다리는 실험자가 수동으로 지지할 것입니다. (4) 하부 몸통 비틀기(R 및 L): 동일한 눕고 지지된 자세에서 대상자는 다리를 실험자가 수동으로 지지하는 동안 수평면에서 하부 몸통을 비틀려고 시도합니다.(5) 상부 몸통 굽힘 (R 및 L): 대상자는 옆으로 누운 자세에서 무릎을 구부리고 벨트로 묶은 상태에서 정면에서 위쪽 몸통을 옆으로 구부리려고 시도합니다. 실험자; (6) 하부 체간 굽힘: 실험자가 골반에 가하는 하향 압력에 최대한 저항하는 동안 대상자는 오른쪽 및 왼쪽 다리 위치를 유지합니다. 몸통은 벤치 끝에서 수평으로 캔틸레버됩니다(Biering-Sorensen 위치). 그런 다음 실험자가 어깨에 수동 저항을 가하는 동안 그는 시상면에서 상부 몸통을 확장하고 어깨를 수축시키려고 시도할 것입니다. (8) 하부 몸통 확장: 대상자는 엎드린 자세에서 몸통이 벤치에 있고 다리가 벤치 끝에서 수평으로 캔틸레버된 상태에서 수동 저항에 맞서 아래쪽 몸통과 엉덩이를 확장하려고 시도합니다. (9) 어깨 회전 및 내전(R 및 L): 대상자는 어깨가 외전되고 팔꿈치가 구부러진 상태에서 수동 저항에 대해 어깨를 내전 및 내부 회전을 시도합니다. 둘 다 90도입니다. 또한 저항하지 않는 최대 복부 수축을 2회 실시합니다. (10) 최대 노력 복부 비우기: 피험자는 하복부를 당기면서 깊은 복부 근육을 최대한 활성화하려고 시도합니다. (11) 최대 노력 복부 브레이싱: 대상자는 근육의 위치를 ​​변경하지 않고 모든 복벽을 최대한 활성화하려고 시도합니다. 모든 MVC 테스트에서 참가자는 5초마다 정적 자세(연구원이 지침 제공)에서 최대 힘을 ​​발휘하도록 요청받습니다. 처음 2초 동안은 최대 속도로 올라가고 다음 3초 동안 힘을 유지하라는 요청을 받습니다. MVC는 각 근육 그룹에 대해 최소 두 번 테스트됩니다.

6단계: 모의 건설 작업에서 데이터 수집 자세 데이터는 6가지 모의 콘크리트 작업(즉, 삽질, 골조, 건축 자재 운반 및 들어 올리기, 망치질, 철근 묶기)을 다른 강도로 수행하는 동안 참가자로부터 기록됩니다. 그들이 들어올리고, 나르고, 삽질하고, 들고 있는 재료는 NIOSH에서 명시한 안전 한도인 30파운드를 초과하지 않습니다. 참가자는 서로 다른 BSE를 착용하지 않고 vs.로 작업을 수행합니다. 작업 시도는 모션 캡처 및 관성 센서 데이터를 분석할 때 시각적 대응을 위해 비디오로 녹화됩니다. 참가자에게는 작업 사이에 2분의 휴식 시간과 시험 사이에 30초의 휴식 시간이 주어집니다. 각 작업 작업 내 작업 조건의 순서는 무작위로 지정됩니다.

• 작업 1: A 위치에서 B 위치로 건설 자재를 삽으로 옮기고 이동합니다. A와 B 사이의 거리는 0.5m로 설정되며 둘 다 지면에 위치합니다. 참가자는 3가지 무게(예: 흙, 시멘트 및 자갈)로 건축 자재를 삽질해야 합니다. 참가자는 높은 빈도(분당 15스쿱)로 삽질하도록 요청받습니다.
• 작업 2: 전동 스크루드라이버를 사용하여 30인치 벽의 프레임을 만듭니다. 프레임은 높은 표면(높이 28")이 아닌 바닥에 배치됩니다. 참가자는 전동 스크루드라이버를 사용하여 프레임 안팎으로 나사를 박아야 합니다.
• 작업 3: 각 시도에서 최대 10미터 동안 다양한 무게의 건축 자재(예: 목재 프레임 및 파이프) 운반. 운반되는 자재의 최대 무게는 30파운드를 초과하지 않습니다.
• 작업 4: 무게가 다른 건설 자재 들어 올리기. 동일한 재료가 운반 작업으로 사용됩니다.
• 작업 5: 서로 다른 무게(예: 0, 6, 12, 16 및 20lbs.)의 큰 망치를 사용하여 지면에 있는 샌드백 대 18인치 높이 대 36인치 높이로 두드리기.
• 작업 6: 서로 다른 높이 수준(예: 0", 50")에 있는 프레임 그리드에 철근을 묶습니다.

작업 및 강도 수준은 다양하면서도 재현 가능하고(신체 자세 측면에서) 구체적인 작업에서 발생하는 일반적인 작업과 유사하도록 선택되었습니다.

참가자는 각 작업을 완료한 후 각 외골격에 대한 경험, 유용성 및 수용성을 묻는 설문지에 응답해야 합니다.

데이터 수집 프로세스는 광학 마커와 웨어러블 센서를 제거하는 것으로 끝납니다. 필요한 경우 참가자에게 휴식과 다과를 제공하고 보상과 지불 양식을 작성합니다.