Vurdere effektiviteten til passive eksoskjeletter for byggearbeid: Lab-basert studie

Den eksperimentelle protokollen vil kreve omtrent 3 timer av deltakerens tid. Den vil bestå av seks trinn:

Trinn I: Spørreskjemaer for ubehag og hendelser i kroppen Først vil forskerteamet administrere et intervjuspørreskjema til deltakeren for å få informasjon om deltakernes kroppssmerter/ubehagsnivå og for å bestemme deltakerens hånddominans ved hjelp av Edinburgh Handedness Inventory.

Trinn II: Antropometriske kroppsmålinger og styrketesting Flere antropometriske kroppsdimensjoner vil bli målt i stående oppreist stilling ved hjelp av et standard målebånd og antropometer. Kroppsmålene vil inkludere ståhøyde, skulderhøyde, midje til gulvhøyde, benlengde, knehøyde, over- og underarmlengde, fotlengde og avstand mellom skuldrene. Studiedeltakernes kroppsvekt vil bli målt ved hjelp av en standard vekt. Maksimal kraftgrepsstyrke på begge hender vil bli målt for 3 forsøk med et standard håndholdt dynamometer.

Trinn III: Tilpasning av BSE Fire typer kommersielle BSE (backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton) vil bli introdusert for deltakerne. Etter produsentens instruksjoner vil deltakerne få lov til å teste hver enhet, tilpasse enheten til kroppen for komfort ved å bruke justerbare funksjoner (f.eks. stropper).

Trinn IV: Optisk bevegelsesfangstmarkør, bærbare treghetssensorer og overflateelektromyografi (sEMG) sensorplassering Et kommersielt bevegelsesfangstsystem (Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Sverige) vil bli brukt til å overvåke og analysere kroppssegmentbevegelser i tre -dimensjonalt rom. Flere optiske markører vil bli plassert på anatomiske landemerker til studiedeltakerne, inkludert hode, skuldre, armer, hender, rygg, bekken, ben og føtter. Hypoallergenisk dobbeltsidig tape vil bli brukt for å feste de optiske markørene til de anatomiske landemerkene. Bærbare treghetssensorer vil festes ved hjelp av hypoallergen dobbeltsidig tape på nedre rygg nær midjen (S1), øvre del av ryggen (T6), brystbenet, overarmen (R, L), underarmen (R, L), lår ( R, L), og skaft (R, L). Åtte sEMG-sensorer vil bli plassert på Descending Trapezius (TRP), Anterior Deltoid (AD), Iliocostalis Lumborum (ILL), Rectus Abdominis (RA), External Oblique (EO), Cervical Erector Spinae (CES), Latissimus Dorsi (LD), og Vastus Lateralis (VL) for å måle muskelaktiveringsnivået mens du utfører simulerte arbeidsoppgaver, som er beskrevet i trinn VI.

Trinn V: Maksimal frivillig sammentrekning (MVC) måling for muskelaktivering Mens du utfører arbeidsoppgaver, varierer muskelaktiveringsnivået mellom muskler og mellom forsøkspersoner. En vanlig måte er å normalisere myoelektriske aktiviteter for hver muskel for hver deltaker ved å måle isometrisk maksimal frivillig sammentrekning (MVC). I denne studien skal etterforskerne måle 11 MVC før oppstart av faktiske arbeidsoppgaver. Våre MVC-tester vil være basert på en studie av trunkmuskler. Før MVC-målingen vil deltakerne bli bedt om å varme opp med 5 strekkøvelser: (a) Stå oppreist med føttene i skulderbreddes avstand. Legg hendene på baken for støtte. Se oppover og len deg sakte bakover. Hold bena hans solide. (b) Stå oppreist med føttene i skulderbreddes avstand. Plasser en hånd på baken hans for støtte. Se opp og len deg sakte bakover. Strekk deg over med den motsatte hånden. Roter overkroppen i midjen. (c) knel på en fot. Legg hendene på hoftene. Skyv hoftene fremover. Om nødvendig, hold fast i noe for å holde balansen. (d) Stå oppreist med føttene i skulderbreddes avstand. Kryss armene og legg hendene på skuldrene. Roter skuldrene sakte til den ene siden. For å øke intensiteten på denne strekningen, bruk hendene for å hjelpe til med å rotere sidelengs. (e) knel på alle fire. Støtt seg selv med den ene hånden og nå mot ankelen med den andre. Hold ryggen parallelt med bakken. Hold ryggen rett, parallelt med bakken, og låret i vertikal stilling. Fordel vekten hans jevnt på både hender og knær. Etter oppvarmingen vil MVC-testingen bli utført, som inkluderer (1) bøyning av øvre del av trunk: forsøkspersonen vil være i en sit-up-stilling plassert på en benk med bena bøyd og føttene fastspent med et belte. Deretter vil han forsøke å bøye den øvre stammen i sagittalplanet mens thoraxen vil bli manuelt avstivet av eksperimentatoren; (2) vridning av øvre trunk (R og L): I samme sittende støttede posisjon vil forsøkspersonen forsøke å vri den øvre stammen i horisontalplanet mens thoraxen vil bli manuelt avstivet av eksperimentatoren; (3) nedre trunkfleksjon: forsøkspersonen vil forsøke å bøye den nedre stammen i sagittalplanet mens han vil ligge i liggende stilling, men med både knær og hofter bøyd til omtrent 90 grader. Hans thorax vil bli festet med et belte og bena vil bli manuelt avstivet av eksperimentatoren; (4) vridning av den nedre stammen (R og L): I samme liggende og støttede posisjon vil forsøkspersonen forsøke å vri den nedre stammen i horisontalplanet mens bena vil bli manuelt avstivet av eksperimentatoren; (5) bøying av den øvre stammen (R og L): forsøkspersonen vil forsøke å sidebøye den øvre stammen i frontplanet mens han vil være i sideliggende stilling, med knærne bøyd og festet med et belte, og thorax og armer vil bli manuelt avstivet av eksperimentator; (6) bøying av nedre del av stammen: forsøkspersonen vil opprettholde en broposisjon til høyre og venstre side mens maksimalt motstand nedadrettet trykk på bekkenet vil bli påført av eksperimentatoren; (7) forlengelse av øvre del av stammen: forsøkspersonen vil bli festet i en liggende stilling, med torso horisontalt utkraget over enden av benken (Biering-Sorensen-stilling). Han vil da forsøke å forlenge den øvre stammen i sagittalplanet og trekke tilbake skuldrene (klemme skulderbladene sammen) mens manuell motstand vil bli påført skuldrene av eksperimentatoren; (8) forlengelse av nedre trunk: forsøkspersonen vil forsøke å forlenge den nedre stammen og hoftene mot manuell motstand når den er i liggende stilling, med overkroppen på benken og bena horisontalt utkraget over enden av benken; (9) skulderrotasjon og adduksjon (R og L): forsøkspersonen vil forsøke å addere og rotere skulderen innvendig mot manuell motstand med skulderen abducert og albuen bøyd, begge til 90 grader. I tillegg vil to uimotståelige maksimale abdominale sammentrekninger utføres stående; (10) maksimal anstrengelse abdominal uthuling: forsøkspersonen vil forsøke å maksimalt aktivere de dype magemusklene mens de trekker i nedre del av magen; (11) maksimal anstrengelse abdominal bracing: forsøkspersonen vil forsøke å aktivere hele bukveggen maksimalt uten endring i musklenes posisjon. I all MVC-testing vil deltakerne bli bedt om å utøve sin maksimale kraft i en statisk stilling (instruksjoner vil bli gitt av vår forsker) hvert femte sekund. De første to sekundene vil de bli bedt om å rampe opp til sitt maksimum og opprettholde kraften i de neste tre sekundene. MVC-er vil bli testet minst to ganger for hver muskelgruppe.

Trinn VI: Datainnsamling i simulerte byggearbeidsoppgaver Posturale data vil bli registrert fra deltakere mens de utfører seks simulerte betongarbeidsoppgaver (dvs. måke, ramme, bære og løfte byggematerialer, hamre og binde armeringsjern) med forskjellige intensiteter. Materialet de skal løfte, bære, måke og holde vil ikke gå over sikkerhetsgrensen på 30 lbs, som angitt av NIOSH. Deltakerne skal utføre oppgavene med vs. uten å ha på seg forskjellige BSE-er. Oppgaveforsøk vil bli tatt opp på video for visuell korrespondanse ved analyse av bevegelsesfangst og treghetssensordata. Deltakerne vil få to minutters hvilepause mellom oppgavene og tretti sekunders hvilepause mellom forsøkene. Rekkefølgen på oppgaveforholdene innenfor hver arbeidsoppgave vil bli randomisert.

• Oppgave 1: Måke og flytte byggemateriale fra sted A til B. Avstand mellom A og B settes til 0,5m, begge plassert på bakkenivå. Deltakerne vil bli bedt om å måke byggematerialer med tre forskjellige vekter (dvs. skitt, sement og grus). Deltakerne vil bli bedt om å måke med høy frekvens (15 scoops per minutt).
• Oppgave 2: Innramming av 30" vegg med en elektrisk skrutrekker. Rammen vil bli plassert på gulvet, kontra en forhøyet overflate (28" høyde). Deltakerne vil bli bedt om å bruke en elektrisk skrutrekker for å skru en skrue inn og ut av rammen.
• Oppgave 3: Bære byggematerialer med forskjellig vekt (dvs. trerammer og rør) i opptil 10 meter i hvert forsøk. Den maksimale vekten av de transporterte materialene vil ikke overstige 30 lbs.
• Oppgave 4: Løft av byggematerialer med ulik vekt. De samme materialene vil bli brukt som bæreoppgave.
• Oppgave 5: Slå en boksesekk plassert i bakken kontra 18 tommer høy vs. 36 tommer høy ved hjelp av en slegge med forskjellig vekt (dvs. 0, 6, 12, 16 og 20 lbs.).
• Oppgave 6: Feste armeringsjern i et innrammet rutenett plassert på forskjellige høydenivåer (dvs. 0", 50").

Oppgavene og intensitetsnivåene ble valgt til å være mangfoldige, men likevel reproduserbare (når det gjelder kroppsstillinger) og ligne vanlige oppgaver man møter i konkrete arbeidsoppgaver.

Deltakerne vil bli bedt om å svare på spørreskjemaer og spørre om deres erfaring, brukervennlighet og aksept på hvert eksoskjelett etter at de har fullført hver arbeidsoppgave.

Datainnsamlingsprosessen vil ende med å fjerne optiske markører og bærbare sensorer. Deltakerne vil bli tilbudt en hvilepause og forfriskning ved behov og etterfulgt av kompensasjon og utfylling av betalingsskjemaet.