Bedömning av effektiviteten av passiva exoskelett för byggnadsarbete: Lab-baserad studie

Det experimentella protokollet kommer att kräva cirka 3 timmar av deltagarens tid. Den kommer att bestå av sex steg:

Steg I: Frågeformulär för obehag och handenhet i kroppen Först kommer forskargruppen att administrera ett intervjuformulär till deltagaren för att få information om deltagarnas nivå av smärta/obehag i kroppen och för att fastställa deltagarens handdominans med hjälp av Edinburgh Handedness Inventory.

Steg II: Antropometriska kroppsmätningar och styrketestning Flera antropometriska kroppsdimensioner kommer att mätas i stående upprätt läge med hjälp av ett standardmåttband och antropometer. Kroppsmått kommer att inkludera ståhöjd, axelhöjd, midja till golvhöjd, benlängd, knähöjd, över- och underarmslängd, fotlängd och avstånd mellan axlarna. Studiedeltagarnas kroppsvikt kommer att mätas med hjälp av en standardvåg. Maximal kraftgreppsstyrka på båda händerna kommer att mätas under 3 försök med en standard handhållen dynamometer.

Steg III: Anpassning av BSE Fyra typer av kommersiella BSE (backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton) kommer att introduceras för deltagarna. Efter tillverkarens instruktioner kommer deltagarna att få testa varje enhet, anpassa enheten till sin kropp för komfort genom att använda justerbara funktioner (t.ex. remmar).

Steg IV: Optisk motion capture-markör, bärbara tröghetssensorer och ytelektromyografi (sEMG) sensorplacering Ett kommersiellt motion-capture-system (Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Sverige) kommer att användas för att övervaka och analysera kroppssegmentrörelser i tre -dimensionellt utrymme. Flera optiska markörer kommer att placeras på anatomiska landmärken för studiedeltagare inklusive huvud, axlar, armar, händer, rygg, bäcken, ben och fötter. Allergivänlig dubbelsidig tejp kommer att användas för att fästa de optiska markörerna på de anatomiska landmärkena. Bärbara tröghetssensorer kommer att fästas med hjälp av hypoallergen dubbelsidig tejp på nedre delen av ryggen nära midjan (S1), övre delen av ryggen (T6), bröstbenet, överarmen (R, L), underarmen (R, L), låret ( R, L) och skaft (R, L). Åtta sEMG-sensorer kommer att placeras på Descending Trapezius (TRP), Anterior Deltoid (AD), Iliocostalis Lumborum (ILL), Rectus Abdominis (RA), External Oblique (EO), Cervical Erector Spinae (CES), Latissimus Dorsi (LD), och Vastus Lateralis (VL) för att mäta muskelaktiveringsnivån samtidigt som simulerade arbetsuppgifter utförs, som beskrivs i steg VI.

Steg V: Maximal Voluntary Contraction (MVC)-mätning för muskelaktivering När du utför arbetsuppgifter varierar muskelaktiveringsnivån mellan muskler och mellan försökspersoner. Ett vanligt sätt är att normalisera myoelektriska aktiviteter för varje muskel för varje deltagare genom att mäta isometrisk maximal frivillig kontraktion (MVC). I den här studien kommer utredarna att mäta 11 MVC innan själva arbetsuppgifterna påbörjas. Våra MVC-tester kommer att baseras på en studie av bålmuskler. Innan MVC-mätningen kommer deltagarna att uppmanas att värma upp med 5 stretchövningar: (a) Stå upprätt med fötterna axelbrett isär. Placera händerna på hans skinkor för stöd. Titta uppåt och luta dig långsamt bakåt. Håll benen stadiga. (b) Stå upprätt med fötterna axelbrett isär. Placera ena handen på hans skinkor för stöd. Titta upp och luta dig långsamt bakåt. Nå över med sin motsatta hand. Vrid överkroppen i midjan. (c) Stå på knä på ena foten. Placera händerna på hans höfter. Skjut höfterna framåt. Om det behövs, håll i något för att hålla balansen. (d) Stå upprätt med fötterna axelbrett isär. Korsa hans armar och placera händerna på axlarna. Vrid långsamt hans axlar åt sidan. För att öka intensiteten på denna sträcka, använd hans händer för att hjälpa till att rotera i sidled. (e) Stå på knä på alla fyra. Stöd sig själv med ena handen och sträck sig mot hans fotled med den andra. Håll ryggen parallell med marken. Håll ryggen rak, parallell med marken, och hans lår i vertikalt läge. Fördela hans vikt jämnt på både händer och knän. Efter uppvärmningen kommer MVC-testet att utföras, vilket inkluderar (1) böjning av övre bålen: patienten kommer att sitta upp på en bänk med benen böjda och fötterna fastspända med ett bälte. Han kommer sedan att försöka böja den övre stammen i sagittalplanet medan hennes bröstkorg kommer att stärkas manuellt av experimentledaren; (2) vridning av övre bålen (R och L): I samma sittstödda läge kommer försökspersonen att försöka vrida den övre bålen i horisontalplanet medan hans bröstkorg kommer att stärkas manuellt av försöksledaren; (3) böjning av nedre bålen: försökspersonen kommer att försöka böja den nedre bålen i sagittalplanet medan han kommer att ligga i liggande ställning, men med båda knän och höfter böjda till ungefär 90 grader. Hans bröstkorg kommer att spännas fast med ett bälte och hans ben kommer att spännas manuellt av försöksledaren; (4) vridning av den nedre bålen (R och L): I samma liggande och stödda position kommer försökspersonen att försöka vrida den nedre bålen i horisontalplanet medan hans ben manuellt stärks av försöksledaren; (5) böjning av övre bålen (R och L): försökspersonen kommer att försöka sidböja den övre bålen i frontalplanet medan han kommer att vara i sidoläge, med knäna böjda och fastspända med ett bälte, och bröstkorgen och armarna kommer att stärkas manuellt av experimentator; (6) böjning av nedre bålen: försökspersonen kommer att bibehålla en höger och vänster sidobrygga medan maximalt motståndskraftigt nedåtriktat tryck på bäckenet kommer att appliceras av försöksledaren; (7) övre bålförlängning: försökspersonen kommer att spännas fast i en liggande position, med bålen horisontellt fribärande över bänkens ände (Biering-Sorensen position). Han kommer sedan att försöka förlänga den övre stammen i sagittalplanet och dra tillbaka axlarna (klämma ihop skulderbladen) medan manuellt motstånd kommer att appliceras på axlarna av försöksledaren; (8) nedre bålförlängning: försökspersonen kommer att försöka sträcka ut den nedre bålen och höfterna mot manuellt motstånd när den är i liggande position, med bålen på bänken och benen horisontellt fribärande över bänkens ände; (9) axelrotation och adduktion (R och L): försökspersonen kommer att försöka addera och rotera axeln internt mot manuellt motstånd med axeln abducerad och armbågen böjd, båda till 90 grader. Dessutom kommer två ohållbara maximala bukkontraktioner att utföras stående; (10) maximal ansträngning bukhålning: försökspersonen kommer att försöka aktivera de djupa bukmusklerna maximalt medan han drar in nedre delen av buken; (11) maximal ansträngning bukstag: försökspersonen kommer att försöka aktivera hela bukväggen maximalt utan någon förändring av musklernas position. I alla MVC-tester kommer deltagarna att uppmanas att utöva sin maximala kraft i en statisk ställning (instruktioner kommer att ges av vår forskare) var femte sekund. Under de första två sekunderna kommer de att bli ombedda att rampa upp till sitt maximum och behålla kraften under de kommande tre sekunderna. MVC kommer att testas minst två gånger för varje muskelgrupp.

Steg VI: Datainsamling i simulerade byggnadsarbeten. Postural data kommer att registreras från deltagarna medan de utför sex simulerade betongarbeten (d.v.s. skotta, rama, bära och lyfta konstruktionsmaterial, hamra och knyta armeringsjärn) med olika intensitet. Materialet de kommer att lyfta, bära, skotta och hålla i kommer inte att överskrida säkerhetsgränsen på 30 lbs, enligt NIOSH. Deltagarna kommer att utföra uppgifterna med vs. utan att bära olika BSE. Uppgiftsförsök kommer att spelas in på video för visuell korrespondens vid analys av motion capture och tröghetssensordata. Deltagarna får två minuters vilopaus mellan uppgifterna och trettio sekunders vilopaus mellan försöken. Ordningen på uppgiftsförhållandena inom varje arbetsuppgift kommer att vara randomiserad.

• Uppgift 1: Skotta och flytta byggmaterial från plats A till B. Avståndet mellan A och B sätts till 0,5m, båda placerade på marknivå. Deltagarna kommer att uppmanas att skotta byggmaterial med tre olika vikter (dvs smuts, cement och grus). Deltagarna kommer att bli ombedda att skotta med hög frekvens (15 skopor per minut).
• Uppgift 2: Rama in en 30" vägg med en skruvmejsel. Ramen kommer att placeras på golvet, mot en förhöjd yta (28" höjd). Deltagarna kommer att bli ombedda att använda en skruvmejsel för att skruva in en skruv i och ut ur ramen.
• Uppgift 3: Bära byggmaterial av olika vikt (d.v.s. träramar och rör) i upp till 10 meter i varje försök. Den maximala vikten av det transporterade materialet kommer inte att överstiga 30 lbs.
• Uppgift 4: Lyft av byggmaterial med olika vikt. Samma material kommer att användas som bäruppgift.
• Uppgift 5: Slå en boxningssäck i marken kontra 18 tum hög kontra 36 tum hög med en slägga med olika vikter (dvs. 0, 6, 12, 16 och 20 lbs.).
• Uppgift 6: Bind armeringsjärn i ett inramat galler placerat på olika höjdnivåer (d.v.s. 0", 50").

Arbetsuppgifterna och intensitetsnivåerna valdes ut för att vara olika men ändå reproducerbara (när det gäller kroppsställningar) och likna vanliga uppgifter som man möter i konkreta arbetsuppgifter.

Deltagarna kommer att bli ombedda att svara på frågeformulär och fråga deras erfarenhet, användbarhet och acceptans på varje exoskelett efter att de har slutfört varje arbetsuppgift.

Datainsamlingsprocessen kommer att avslutas med att optiska markörer och bärbara sensorer tas bort. Deltagarna kommer att erbjudas en vilopaus och förfriskning vid behov och följs av ersättning och fylla i betalningsformuläret.