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Analise Da Confiabilidade e Eficiência Do Uso de Exoesqueleto em Manufatura
Analise Da Confiabilidade e Eficiência Do Uso de Exoesqueleto em Manufatura
Analise Da Confiabilidade e Eficiência Do Uso de Exoesqueleto em Manufatura
ARTIGO ORIGINAL
Análise da confiabilidade e eficiência de exoesqueletos em linha de produção na
manufatura
Analysis of the reliability and efficiencies of exoskeletons in manufacturing production
line
Correspondência: José Ronaldo Veronesi Junior, Instituto Educacional Veronesi - IEDUV, Sala
401, torre A, Av. João Palácio, 300, Eurico Sales 29160-161 Serra ES
Resumo
Introdução: Cada vez mais procuram-se por alternativas capazes de minimizar os efeitos
provenientes de trabalhos repetitivos e esforços exagerados dentro das indústrias em nosso país.
Logo, soluções robóticas ganham ênfase na indústria, como uma tecnologia alternativa
inovadora capaz de operar com a inteligência e a adaptação de um humano, juntamente com a
força e a tecnologia de um robô. Objetivos: O presente estudo objetivou estudar a confiabilidade
e eficiência de dois modelos de exoesqueleto para a linha de produção de manufatura. Métodos:
O presente estudo ergonômico ocorreu em uma empresa de manufatura, onde foi definido no
total 9 atividades para avaliar o uso de dois modelos de exoesqueleto. Um exoesqueleto robótico
para ombros, da marca Comau, modelo Mate Rel. 1.0 que foi testado nas 6 atividades e outro
exoesqueleto elástico para coluna lombar da marca Morita Rakunie que foi testado em 3
atividades. Para analisar a eficiência dos exoesqueletos, foram utilizados eletromiografia de
superfície para medir o comportamento neuro muscular dos segmentos envolvidos, monitor
cardíaco, dinamômetro e questionários de usabilidade. Todas atividades estudadas os métodos
foram aplicados nos mesmos trabalhadores com e sem o exoqueleto. Resultados: O
exoesqueleto robótico para ombro apresentou-se eficiente com significância estatística pelo teste
t de Student em duas das 6 atividades, apresentou uma frequência cardíaca média menor (91
bpm) com o exoesqueleto do que sem o exoesqueleto (110 bpm). O exoesqueleto elástico para
lombar apresentou-se confiável com significância estatística pelo teste t de Student em uma das
3 atividades, com o exoesqueleto ocorreu um aumento de 17% da força lombar. Ambos os
equipamentos e mostraram-se ter usabilidade mas necessita de treinamento para utilização.
Conclusão: Considerando o princípio da ergonomia, onde temos sempre que adaptar o ambiente
ao homem, propiciando o máximo de conforto, segurança e desempenho eficiente, os
exoesqueletos são aparatos externos corporais que podem auxiliar na diminuição do esforço
muscular como forma de atenuação de riscos biomecânicos em algumas atividades, desde que
se faça um estudo detalhado para validar as atividades a serem aplicadas. Considerando os
resultados encontrados no presente estudo ergonômico sobre a eficiência de aparatos
preventivos, como exoesqueleto elástico e biônico, podemos concluir que para real eficiência do
sistema preventivo, levando assim um efeito controle dos riscos ergonômicos da tarefa, se faz
necessário que se aplique o protocolo de aplicabilidade do exoesqueleto descrito neste estudo.
Palavras-chave: exoesqueleto, ergonomia, eletromiografia, DORT, manufatura
Fisioterapia Brasil 2020;21(1)Supl2:24-32 25
Abstract
Introduction: Increasingly, we are looking for alternatives capable of minimizing the effects of
repetitive work and exaggerated efforts within the industries in our country. Soon, robotic solutions
gain an emphasis in the industry as an innovative alternative technology capable of operating
with the intelligence and adaptation of a human, along with the strength and technology of a robot.
Objectives: The present study aimed to study the reliability and efficiency of two exoskeleton
models for the manufacturing production line. Methods: The present ergonomic study was
performed at the Learn unit at Jeep Supply Park - SP15, where a total of 9 activities were defined
to evaluate the use of two exoskeleton models. A robotic shoulder exoskeleton of the Comau
brand, Mate 1.0 model, which was tested in the 6 activities and another elastic exoskeleton for
the lumbar spine of the Morita Rakunie brand that was tested in 3 activities. To analyze the
efficiency of the exoskeletons, surface electromyography was used to measure the neuro
muscular behavior of the involved segments, cardiac monitor, dynamometer and usability
questionnaires. All activities studied methods were applied to the same workers with and without
the exoskeleton. Results: The robotic shoulder exoskeleton was statistically efficient in two of the
six activities, with a mean heart rate (91 bpm) compared without the exoskeleton (110 bpm). The
elastic lumbar exoskeleton was found to be statistically reliable by Student's t-test in one of the
three activities, with the exoskeleton showing a 17% increase in lumbar force. Both equipments
have been shown to have usability but require training for use. Conclusion: Considering the
principle of ergonomics, where we always have to adapt the environment to the man, providing
maximum comfort, safety and efficient performance, exoskeletons are external body devices that
can help in the reduction of muscular effort as a form of biomechanical risk mitigation in some
activities, provided that a detailed study is done to validate the activities to be applied. Considering
the results found in the present ergonomic study on the efficiency of preventive devices, such as
elastic and bionic exoskeleton, we can conclude that for real efficiency of the preventive system,
thus taking a control effect of the ergonomic risks of the task, it is necessary to follow the protocol
of applicability of the exoskeleton described in this study.
Key-words: exoskeleton, ergonomics, electromyography, WMSD, manufacturing
Introdução
Apoiar o movimento humano quando a pessoa não tem a força suficiente para se
movimentar (capacidade física limitada), por exemplo: idosos e pessoas com
deficiência física.
Prevenir lesões, por exemplo, no caso de trabalhos repetitivos ou que precisam de um
esforço físico alto.
Impedir o movimento humano indesejado que se apresenta com alguma doença
neuromotora.
Apoiar a reabilitação das pessoas com alguma deficiência física.
Criar ambientes virtuais para teleoperação ou para alguma interação específica.
Estudos e investigação biomecânica das partes do corpo humano [5].
Material e métodos
velcro das espumas. Para avaliar o exoesquelto elástico da lombar foram escolhidas as
atividades de: extração de peças (espumas), limpeza manual na espuma e retirada de peças
cortadas em máquina - sacagem de peças.
A análise estatística foi dada a partir das Hipóteses, nesse estudo tivemos duas
Hipóteses, uma sobre a eficiência do exoesqueleto na diminuição do esforço e o outra a eficiência
na força muscular. A Hipótese nula foi que a exigência e a força muscular é a mesma com e sem
o exoesqueleto e a Hipótese alternativa foi que a exigência e muscular é menor e a força é maior
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com o exoesqueleto, tendo assim menor probabilidade de fadiga muscular. Dessa forma a
questão estatística a ser estudada seria entre medidas, como foi feito uma amostra, pois tratou-
se do mesmo indivíduo com e sem o exoesqueleto, foi utilizado o teste pareado bicaudal, pois
tivemos duas Hipótese, Foi utilizado um p<0,05 para significância estatística, o que corresponde
a 95% de chance de reprodutividade dos resultados. Foi aplicado o teste t de Student para ver a
diferença significante entre os resultados. Além do teste de significância foi aplicado a análise
bruta dos resultados para comparação dos dados.
Resultados
Tabela II - Resultados da eficiência para redução de fadiga com e sem exoesquelo de cada
atividade analisada.
Análise do exoesqueleto do modelo Mate 1.0. Shoulder
Atividade analisada Resultados
Aplicação dos feltros anti-ruído na estrutura do Apresentou eficiente – p<0,05*
assento
Revisão do banco Não apresentou eficiente – p>0,05**
Extração de peças (espumas) Apresentou eficiente – p<0,05*
Limpeza manual Não apresentou eficiente – p>0,05**
Retirada de velcro das espumas Não apresentou eficiente – p>0,05**
Aplicação de produto antirruído Não apresentou eficiente – p>0,05**
*Com significância estatística; **Sem significância estatística.
Tabela III - Resultados da eficiêncoa para redução de fadiga com e sem exoesquelo de cada
atividade analisada.
Análise do exoesqueleto elástico do modelo Morita Rakunie
Atividade analisada Resultados
Atividade de extração de peças (espumas) Apresentou eficiente – p<0,05*
Atividade de Limpeza manual Não apresentou eficiente – p>0,05**
Atividade de Sacagem de peças Não apresentou eficiente – p>0,05**
*Com significância estatística; **Sem apresentou significância estatística.
Discussão
acima dos ombros; elevação de carga de 3,4 kg desde o nível dos mamilos até um nível acima
do nível dos ombros; e no trabalho de escrita em quadro acima do nível dos ombros [8]. O que
encontramos em nosso estudo, das 6 atividades analisadas 2 (33,33%) apresentou significância
estática com o exoesqueleto da marca Comau.
Segundo o estudo de Amandels [9] relataram a experiência de encorajar 9 trabalhadores
de um setor de prensas e tesouras de uma empresa de manufatura a usarem exoesqueleto
passivo durante 3 semanas, avaliando a tolerância e o potencial elétrico dos músculos com
eletromiografia de superfície. As tarefas foram cuidadosamente selecionadas, segundo a
recomendação do fabricante. O potencial elétrico dos músculos foi maior com o uso do
exoesqueleto, refletindo maior esforço para se encurvar [9]. O que mostra que quando a atividade
tem que fazer inclinação do tronco o esforço pode ser maior, por esse motivo, que é necessário
um estudo ergonômico detalhado antes do uso do exoesqueleto.
As considerações sobre o exoesqueleto para o ombro do modelo Mate dentro dos
aspectos ergonômicos foram as seguintes.
- O exoesqueleto tem um sistema de impulsionamento para cima, que sustenta o peso do braço
e facilita o movimento para cima. Dessa forma para atividade estática, onde o segmento fica
parado sustentado em elevação, o sistema é muito eficiente, por diminuir o peso do segmento
superior e facilitar o movimento. Já para atividade dinâmica, principalmente que envolva
movimentos para baixo com o braço, o próprio sistema de impulsionamento para cima gera uma
resistência ao movimento e consequentemente um esforço maior, como demostrado no estudo
Amandels [9]. Porém se a atividade for dinâmica com vetor de força para cima, o sistema auxilia
e traz o benefício da sustentação do peso do segmento, diminuindo o esforço de manutenção
contra a gravidade. Outro fator observado durante a atividade dinâmica, é que se essa for rápida
e com mudanças bruscas de movimento em grandes amplitudes, o sistema articular do
exoesqueleto não consegue acompanhar a velocidade humana causando “pequenos
travamentos” durante o movimento e sendo um fator de risco, por poder gerar espasmos
protetores nos músculos do trabalhador.
- O exoesqueleto tem uma haste protetora na coluna vertebral, auxiliando a sustentação durante
atividade laboral em que o tronco fique neutro na posição ortostática (em pé), mas para
atividades que exige flexão exagerada (inclinação anterior do tronco) essa haste leva a uma
resistência, aumento o esforço, como ilustrado no estudo de Amandels [9] e pode gerar também
atrito e ser um fator de risco, não sendo indicada para essas atividades.
- Ainda no aspecto físico o exoesqueleto aumentou a sudorese dos trabalhadores, dessa forma
é importante orientar a reposição hídrica e fazer um acompanhamento com a perda iónica, para
verificar a necessidade de reposição. Quanto ao esforço global, mesmo o exoesqueleto sendo
um “peso a mais” para o trabalhador carregar, como ele diminui o esforço muscular durante as
tarefas, esse apresentou um esforço leve (90 bpm) quando comparado com a mesma atividade
sem o exoesqueleto que teve um esforço no limite de moderado para penoso (110 bpm).
- O exoesqueleto requer um planejamento de tempo para colocar e retirar o aparato, além de ter
cuidado com o espaço, pois o trabalhador ficará mais largo com o exoesqueleto do que o normal
[10], cuidado com tropeços e quedas, pois o equipamento por ser uma massa adicional pode
alterar o equilíbrio e a marcha em especial em maior velocidade. Em especial nas atividades
desenvolvidas na empresa, que possui o sistema de Job Rotation, tem que se ter um
planejamento para colocar o exoesqueleto nas atividades que tiveram comprovação científica e
retirar para aquelas as quais o exoesqueleto não teve.
As considerações sobre o exoesqueleto elástico para a coluna lombar modelo Morita Rakunie
dentro dos aspectos ergonômicos foram as seguintes.
- O exoesqueleto mostrou pouca exigência, por ter facilidade na usabilidade durante colocar e
retirar e no trabalho.
- O exoesqueleto requer um treinamento para que o trabalhador possa acostumar com o aparato
externo e crie um mapa mental – mind maps, para que a tarefa passa ser automatizada e sem
esforços cognitivos devido ao exoesqueleto.
Conclusão
Referências
Anexo
Protocolo de aplicabilidade do exoesqueleto
Primeiro passo: Para o uso do exoesqueleto se faz necessário sempre, um estudo científico de
cada atividade para ver a confiabilidade científica dele. Pois podemos verificar nesse presente
estudo que mesmo atividades muito parecida como a de limpeza e de retirada da espuma, os
resultados do exoesqueleto demostraram diferentes tanto o equipamento para proteção do
ombro, o exoesqueleto biónico, quanto o elástico para proteção da coluna lombar.
- Ter um suporte na operação para poder colocar o exoesqueleto biónico (modelo Mate 1.0 –
Shoulder) quando não for utilizado;
- Treinar o procedimento de segurança, em caso de evacuação de emergência, de acordo com
o tempo de retirada do exoesqueleto, orientar junto com a segurança, o que seria mais
recomendável, sair vestido com o exoesqueleto ou retira-lo para sair da fábrica.
- Orientar ao trabalhador que comunique a ergonomia e/ou a saúde e segurança do trabalho
qualquer modificação no comportamento do aparato, bem como em qualquer incomodo que o
mesmo possa causar no trabalhador.
Quinto passo: Fazer avaliações periódicas sobre os efeitos do exoesqueleto nos trabalhadores
a cada 6 meses para comparar com os resultados encontrados nesse estudo e criar uma linha
de referência ao longo do tempo.
Sexto passo: Fazer uma reciclagem do treinamento a cada pelo menos 6 meses.