Оценка эффективности пассивных экзоскелетов для строительных работ: лабораторное исследование

Экспериментальный протокол потребует примерно 3 часа времени участника. Он будет состоять из шести этапов:

Стадия I: Анкеты дискомфорта тела и руки Сначала исследовательская группа задаст участнику анкету для интервью, чтобы получить информацию об уровне боли/дискомфорта в теле участников и определить доминирующую руку участника с помощью Эдинбургского опросника рук.

Этап II: Антропометрические измерения тела и тестирование силы Несколько антропометрических размеров тела будут измерены в вертикальном положении стоя с использованием стандартной рулетки и антропометра. Измерения тела будут включать рост в положении стоя, высоту плеч, высоту от талии до пола, длину ноги, высоту колена, длину верхней и нижней части руки, длину стопы и расстояние между плечами. Масса тела участников исследования будет измеряться с использованием стандартных весов. Максимальная сила мощного хвата на обеих руках будет измеряться в 3 попытках с использованием стандартного ручного динамометра.

Этап III: Установка BSE Участникам будут представлены четыре типа коммерческих BSE (backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton). Следуя инструкциям производителей, участникам будет разрешено протестировать каждое устройство, приспособить устройство к своему телу для удобства с помощью регулируемых элементов (например, ремней).

Этап IV: оптический маркер захвата движения, носимые инерциальные датчики и размещение датчика поверхностной электромиографии (sEMG). Коммерческая система захвата движения (Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Швеция) будет использоваться для мониторинга и анализа траекторий движения сегментов тела в трехмерном пространстве. -мерное пространство. Несколько оптических маркеров будут размещены на анатомических ориентирах участников исследования, включая голову, плечи, руки, кисти, спину, таз, ноги и ступни. Для крепления оптических маркеров к анатомическим ориентирам будет использоваться гипоаллергенный двусторонний скотч. Носимые инерциальные датчики будут крепиться с помощью гипоаллергенного двустороннего скотча на поясницу в районе талии (S1), верхнюю часть спины (T6), грудину, плечо (R, L), предплечье (R, L), бедро ( R, L) и хвостовик (R, L). Восемь датчиков sEMG будут размещены на нисходящей трапециевидной мышце (TRP), передней дельтовидной мышце (AD), подвздошно-реберной мышце поясницы (ILL), прямой мышце живота (RA), наружной косой мышце (EO), мышце, выпрямляющей позвоночник (CES), широчайшей мышце спины (LD), и Vastus Lateralis (VL) для измерения уровня активации мышц при выполнении симулированных рабочих задач, которые описаны на этапе VI.

Этап V: Измерение максимального произвольного сокращения (MVC) для активации мышц При выполнении рабочих задач уровень активации мышц варьируется между мышцами и между субъектами. Распространенным способом является нормализация миоэлектрической активности каждой мышцы для каждого участника путем измерения изометрического максимального произвольного сокращения (MVC). В этом исследовании исследователи измерят 11 MVC до начала реальных рабочих задач. Наши тесты MVC будут основаны на исследовании мышц туловища. Перед измерением MVC участников попросят разогреться, выполнив 5 упражнений на растяжку: (а) Встаньте прямо, ноги на ширине плеч. Положите его руки на ягодицы для поддержки. Посмотрите вверх и медленно наклонитесь назад. Держите его ноги крепкими. б) Встаньте прямо, ноги на ширине плеч. Положите одну руку ему на ягодицы для поддержки. Посмотрите вверх и медленно наклонитесь назад. Дотянитесь его противоположной рукой. Поверните верхнюю часть тела в талии. (c) Встаньте на колени на одной ноге. Положите его руки на бедра. Выдвиньте бедра вперед. При необходимости держитесь за что-нибудь, чтобы сохранить равновесие. г) Встаньте прямо, ноги на ширине плеч. Скрестите его руки и положите ладони на плечи. Медленно вращайте его плечи в одну сторону. Чтобы увеличить интенсивность этой растяжки, используйте его руки, чтобы помочь ему вращаться в стороны. д) Встаньте на четвереньки. Поддержите себя одной рукой, а другой дотянитесь до лодыжки. Держите его спину параллельно земле. Держите спину прямо, параллельно земле, а бедро в вертикальном положении. Распределите его вес равномерно на обе руки и колени. После разминки будет проведено тестирование MVC, которое включает (1) сгибание верхней части туловища: субъект будет находиться в позе сидя, расположенной на скамье, с согнутыми ногами и ступнями, привязанными ремнем. Затем он попытается согнуть верхнюю часть туловища в сагиттальной плоскости, в то время как ее грудная клетка будет вручную закреплена экспериментатором; (2) скручивание верхней части туловища (правая и левая): в том же сидячем положении с опорой испытуемый пытается скрутить верхнюю часть туловища в горизонтальной плоскости, в то время как его грудная клетка фиксируется вручную экспериментатором; (3) сгибание нижней части туловища: субъект попытается согнуть нижнюю часть туловища в сагиттальной плоскости, находясь в положении лежа на спине, но с согнутыми коленями и бедрами примерно на 90 градусов. Его грудная клетка будет стянута ремнем, а ноги будут закреплены экспериментатором вручную; (4) скручивание нижней части туловища (правая и левая): в том же положении лежа и с опорой испытуемый пытается скрутить нижнюю часть туловища в горизонтальной плоскости, в то время как экспериментатор удерживает его ноги вручную; (5) сгибание верхней части туловища. (справа и слева): испытуемый попытается согнуть верхнюю часть туловища в сторону во фронтальной плоскости, находясь в положении лежа на боку, с согнутыми в коленях и пристегнутыми ремнем, а грудная клетка и руки будут вручную зафиксированы экспериментатор; (6) сгибание нижней части туловища: испытуемый будет сохранять положение моста справа и слева, в то время как экспериментатор будет оказывать максимальное сопротивление давлению вниз на таз; (7) разгибание верхней части туловища: испытуемый будет привязан ремнями в положении лежа, с туловище горизонтально консольно над концом скамьи (позиция Биринга-Соренсена). Затем он попытается вытянуть верхнюю часть туловища в сагиттальной плоскости и отвести плечи (сжав лопатки вместе), в то время как экспериментатор будет оказывать ручное сопротивление плечам; (8) разгибание нижней части туловища: испытуемый пытается вытянуть нижнюю часть туловища и бедра, преодолевая ручное сопротивление, в положении лежа, с туловищем на скамье и ногами горизонтально консольно над концом скамьи; (9) вращение и приведение плеча (правое и левое): субъект пытается привести и вращать плечо внутрь, преодолевая ручное сопротивление, при этом плечо отведено, а локоть согнут под углом 90 градусов. Кроме того, в положении стоя выполняются два максимальных сокращения живота без сопротивления; (10) максимальное усилие втягивания живота: субъект пытается максимально активировать глубокие мышцы живота, втягивая нижнюю часть живота; (11) абдоминальная растяжка с максимальным усилием: субъект пытается максимально активировать всю брюшную стенку без какого-либо изменения положения мышц. Во всех тестах MVC участников просят прилагать максимальную силу в статической позе (инструкции будут даны нашим исследователем) каждые пять секунд. В течение первых двух секунд им будет предложено увеличить мощность до максимума и поддерживать силу в течение следующих трех секунд. MVC будут тестироваться не менее двух раз для каждой группы мышц.

Этап VI: Сбор данных в моделируемых строительных работах. Постуральные данные будут регистрироваться у участников при выполнении шести моделируемых бетонных рабочих задач (например, лопаты, каркас, перенос и подъем строительных материалов, забивание молотком и связывание арматуры) с различной интенсивностью. Материал, который они будут поднимать, переносить, сгребать и держать, не превысит предел безопасности в 30 фунтов, как заявляет NIOSH. Участники будут выполнять задания с использованием разных BSE и без них. Испытания заданий будут записываться на видео для визуального соответствия при анализе данных захвата движений и инерциальных датчиков. Участникам будет предоставлен двухминутный перерыв между заданиями и тридцать секунд между испытаниями. Порядок условий задачи в каждой рабочей задаче будет случайным.

• Задача 1: Сгребание и перемещение строительного материала из точки A в точку B. Расстояние между точками A и B будет равно 0,5 м, обе точки будут расположены на уровне земли. Участников попросят сгребать строительные материалы трех разных весов (например, грязь, цемент и гравий). Участников попросят лопатить с высокой частотой (15 совков в минуту).
• Задача 2: Обрамление 30-дюймовой стены с помощью шуруповерта. Рама будет размещена на полу, а не на приподнятой поверхности (высота 28 дюймов). Участников попросят использовать отвертку, чтобы вкрутить и выкрутить винт из рамы.
• Задание 3: перенос строительных материалов разного веса (например, деревянных каркасов и труб) на расстояние до 10 метров в каждом испытании. Максимальный вес перевозимых материалов не должен превышать 30 фунтов.
• Задача 4: Подъем строительных материалов разного веса. Эти же материалы будут использоваться в качестве несущей задачи.
• Задача 5: Удар по боксерской груше, расположенной в земле, по сравнению с высотой 18 дюймов и высотой 36 дюймов с использованием кувалды разного веса (например, 0, 6, 12, 16 и 20 фунтов).
• Задача 6: Связывание арматуры в каркасной сетке, расположенной на разных уровнях высоты (т. е. 0", 50").

Задания и уровни интенсивности были выбраны таким образом, чтобы они были разнообразными, но воспроизводимыми (с точки зрения положения тела) и напоминали обычные задачи, встречающиеся в конкретных рабочих задачах.

Участникам будет предложено заполнить анкеты, в которых будет задан вопрос об их опыте, удобстве использования и приемлемости каждого экзоскелета после выполнения каждой рабочей задачи.

Процесс сбора данных завершится удалением оптических маркеров и носимых датчиков. Участникам будет предложен перерыв для отдыха и освежения, если это необходимо, а затем компенсация и заполнение формы оплаты.