Polska firma ExoFrame opracowała pasywny egzoszkielet APE zaprojektowany z myślą o różnych gałęziach przemysłu. Kluczowym wyzwaniem podczas projektowania tego typu urządzeń jest zapewnienie ergonomii, aby nie ograniczać nadmiernie ruchu użytkownika i zapobiegać zmęczeniu. Egzoszkielet APE wyróżnia się niską masą, minimalnymi oporami ruchu i elementami regulowanymi za pomocą komponentów Elesa+Ganter, co pozwala na dostosowanie się do anatomii użytkownika.

Powyższy projekt zdobył uznanie w kategorii specjalnej „Badania+Rozwój”, otrzymując Nagrodę Gospodarczą Prezydenta RP (rys. 1).

Rys. 1. Statuetkę z rąk prezydenta Andrzeja Dudy odbiera prezes zarządu ExoFrame – Adam Zawadzki.
Źródło: https://www.prezydent.pl/, autor zdjęcia: Przemysław Keler

Egzoszkielety są projektowane z myślą o zmniejszeniu obciążenia układu kostno-mięśniowego użytkowników. Dzięki aktywnie sterowanym serwomechanizmom, egzoszkielety mogą także wspomagać siłę i wydolność, co jest szczególnie korzystne dla osób z niepełnosprawnościami, umożliwiając im częściowe zastąpienie ruchów ciała. Egzoszkielety są uważane za technologię innowacyjną i przełomową, mogącą zmienić wiele aspektów życia i pracy ludzi. Są używane nie tylko w sektorze wojskowym i przemysłowym, ale również w opiece nad osobami starszymi i niepełnosprawnymi.

Obecnie egzoszkielety (aktywne/wspomagane) to złożone urządzenia, które są kosztowne w produkcji i utrzymaniu. Wiele z nich to zaawansowane prototypy technologiczne, wymagające zewnętrznego zasilania, co ogranicza ich zastosowania. Alternatywą są egzoszkielety pasywne i to właśnie na nich skupiła się firma ExoFrame. Ten typ konstrukcji nie wykorzystuje aktywnych serwomechanizmów, co sprawia, że są one tańsze i łatwiejsze do wdrożenia, choć oferują mniej możliwości. Egzoszkielety pasywne zyskują popularność w przemyśle, szczególnie w sektorze motoryzacyjnym i logistycznym, gdzie są stosowane przez firmy takie jak BMW czy Ford. Ich zaletą jest mechanizacja procesów, które wcześniej opierały się wyłącznie na pracy ludzkiej.

Rys. 2. Uproszczony schemat egzoszkieletu pasywnego.

Egzoszkielet APE – Innowacyjne Rozwiązanie Polskiej Firmy

Egzoszkielet APE to modułowe urządzenie pasywne, wspierające osoby zdrowe w przemysłowych zastosowaniach. Jego główną funkcją jest odciążenie układu kostno-mięśniowego użytkownika poprzez przenoszenie ciężaru bezpośrednio na podłoże. Dzięki temu APE znacząco poprawia komfort i efektywność pracy, ograniczając zmęczenie oraz ryzyko kontuzji.

Egzoszkielet jest idealny dla miejsc, w których mechanizacja procesów jest niemożliwa, np. w sektorze budowlanym, wydobywczym czy logistycznym. Może być również użyteczny w służbach ratunkowych i wojsku (rys. 3). Dzięki ergonomicznemu projektowi, APE zapewnia naturalny zakres ruchu, nie powodując dyskomfortu. Jego rozmiar można dostosować do różnych użytkowników, co czyni go wszechstronnym i intuicyjnym w użyciu.

Rys. 3. Egzoszkielety firmy ExoFrame na targach MSPO.

Zastosowanie APE może obniżyć koszty pracy fizycznej, zwiększając wydajność i zmniejszając absencję spowodowaną problemami zdrowotnymi. Dzięki temu, egzoszkielet wspiera nie tylko pracowników, ale także osoby fizycznie słabsze, umożliwiając im podjęcie wymagających zadań.

Kluczową cechą w egzoszkielecie APE jest pokrywanie się zakresu ruchów zaprojektowanych mechanizmów z naturalną ruchomością człowieka użytkującego APE. W tym celu wymagany jest szereg regulacji w konstrukcji egzoszkieletu, które pozwalają na jego idealne dopasowanie do anatomii użytkownika (rys. 4). W rozwiązaniu tego problemu bardzo dobrze sprawdziły się komponenty Elesa+Ganter takie jak:

• Dźwignie przestawne ERX

• Dźwignie zaciskowe mimośrodowe LAC

• Pokrętła VTT

Rys. 4. Przykład zastosowań produktów Elesa+Ganter w egzoszkielecie (ERX; LAC; VTT).

Wchodząc w szczegóły mechanizmu przestawionego na powyższym zdjęciu, możemy zaobserwować, że:

• Dźwignie ERX (zaznaczone na czerwono) służą do zaciskania profili w celu regulacji geometrii. Gwarantują solidne zaciśnięcie, a ich specjalny mechanizm przestawny umożliwia ustawienie „rączki” po zaciśnięciu w dowolnym położeniu.
• Dolna dźwignia LAC (zaznaczona na zielono) również reguluje geometrię, dociskając kształtowe połączenie (regulacja kątowa modułu biegnącego wzdłuż nogi użytkownika). Ta dźwignia posiada mechanizm mimośrodowy, umożliwiający szybkie rozłączenie, a następnie zablokowanie połączenia kształtowego, co skraca czas wykonywanych regulacji.
• Pokrętło VTT (zaznaczone na żółto) reguluję siłę wstępną na zabudowanej wewnątrz sprężynie, co pozawala na dostosowanie wsparcia stawu do obciążenia. Trójramienny kształt pokrętła umożliwia łatwą obsługę, a obłe kształty minimalizują ryzyko uderzenia się o pokrętło.

W opisywanej konstrukcji zastosowano jeszcze inne rozwiązania Elesa+Ganter takie jak:

• Trzpienie ustalające GN 607.3 (Rys. 5)

Rys. 5. Zastosowanie trzpienia ustalającego GN 607.3 do blokowania pozycji ramienia wyciągowego.

• Przeguby GN 71802.1

• Zatrzaski trzpieniowe GN 615.4

• Magnesy w obudowie gumowej GN 51.3

W ExoFrame kładzie się duży nacisk na minimalizowanie masy i bezwładności konstrukcji egzoszkieletu. Osiągnięcie tego celu jest możliwe dzięki zastosowaniu materiałów, które są zarówno lekkie jak i wytrzymałe, a do takich należą aluminium oraz tworzywa sztuczne.

Produkty Elesa+Ganter idealnie wpisują się w tą wizję, ponieważ mają niską masę i bardzo dużą wytrzymałość. Dzięki temu projektowane egzoszkielety są nie tylko funkcjonalne i żywotne, ale również zoptymalizowane cenowo.

ExoFrame prowadzi nieustanne badania, których celem jest zapewnienie, że egzoszkielet nie ogranicza naturalnej ruchomości człowieka. Konstrukcja jest testowana podczas wykonywania różnorodnych czynności typowych dla pracy w magazynach, zarówno przez kobiety jak i mężczyzn. Ponadto, egzoszkielety są testowane w bardziej ekstremalnych warunkach, takich jak tory do parkouru, aby zapewnić ich uniwersalność i elastyczność.

Rys. 6. Przykładowe testy egzoszkieletów firmy EgzoFrame.

Egzoszkielety mogą odegrać kluczową rolę w poprawie warunków pracy osób zatrudnionych w zawodach wymagających dużego wysiłku fizycznego. Ich zastosowanie przynosi wiele korzyści m.in.:

• zmniejszenie ryzyko urazów w pracy
• ograniczenie chorób zawodowych i schorzeń układu ruchu
• zmniejszenie wypadków w miejscu pracy
• zmniejszenie kosztów związanych z opieką medyczną, co jest szczególnie istotne w sektorach takich jak górnictwo czy budownictwo
• zmniejszenia absencji pracowników spowodowanej problemami zdrowotnymi
• dłuższe zachowanie pełnej zdolności do pracy
• możliwość zatrudnienia osób, które z racji słabszej kondycji fizycznej lub zaawansowanego wieku, dotychczas nie mogłyby pracować w niektórych zawodach. To rozwiązanie jest szczególnie istotne w kontekście starzejącego się społeczeństwa oraz niedoboru siły roboczej w wielu branżach wymagających intensywnego wysiłku fizycznego.

Udział w Prestiżowym Projekcie

Warto wspomnieć, że ExoFrame została zakwalifikowana do prestiżowego grona firm uczestniczących w poniżej opisanym projekcie (żołnierz przyszłości):

Projekt AUGMENTED CAPABILITY FOR HIGH-END SOLDIERS koncentruje się na zwiększeniu możliwości elitarnych żołnierzy poprzez zastosowanie zaawansowanych technologii wspomagających. Jego celem jest integracja egzoszkieletów, inteligentnych systemów ochrony, sensorów oraz wsparcia cyfrowego w celu podniesienia siły fizycznej, wytrzymałości, świadomości sytuacyjnej i przeżywalności żołnierza na nowoczesnym polu walki. Projekt zakłada stworzenie żołnierza „ulepszonego”, zdolnego do działania szybciej, dłużej i skuteczniej w ekstremalnych warunkach.

Więcej informacji na temat projektu tutaj: https://achile-ngdss.eu/

W przypadku prowadzenia nowego projektu zachęcamy do kontaktu z działem technicznym Elesa+Ganter, który służy pomocą w optymalnym rozwiązaniu każdego problemu natury technicznej.