电动全身外骨骼：可穿戴的举升辅助设备，理想的敏捷制造工具

自动化是一种功能强大的工具，可以通过批量执行重复性任务来提高制造方案的生产率，并可以处理具有预定大小，重量和几何形状的材料。这些自动化生产线经过精心设计和优化，以实现具有设定参数的物品的高吞吐量。

但是，对于传统的自动化方法而言，尺寸和重量产品混合在一起的制造环境可能具有挑战性。使固定过程适应于高混合物料搬运是一项挑战，通常需要重新设计装配过程，使工具和工人闲置，这是一项昂贵的提议。

此外，并非所有事物都可以自动化。在任何制造过程中，组装过程中通常都不可避免地要进行人工材料处理，以及运输／接收和安装套件。

起重机，机械臂，卡车和其他提升辅助设备通常用于支持这些手动过程，但在某些情况下存在局限性。移动机器可能体积庞大且笨重，无法始终随身携带。固定辅助装置在工作单元之间移动非常耗时且昂贵。

但是，新出现的工具可以提供制造商填补这些空白所需的灵活性：动力全身外骨骼。这些外骨骼可以帮助工人轻松举起数百磅的重量，轻松地在整个设施中进行机动，并支持各种任务。从某种意义上说，动力外骨骼是一种可穿戴的举升辅助设备，可在自动化的地方支持手动物料搬运，而固定辅助设备根本无法使用。

电动全身骨骼的工作原理

全身电动骨骼的设计是在不增加压力的情况下增强操作员的力量和耐力，例如 Sarcos Robotics 的 Guardian XO外部骨骼。

这些全身式机器人将其重量以及所运载物体的重量通过西服直接转移到地面上，从而减少了对穿戴者的影响。为了提高操作安全性，Guardian XO机器人使用户能够感测到一小部分有效载荷的重量（用于情境感知），但是却要低得多。例如，200磅重的感觉就像十磅。

动力外骨骼可实现多种运动，操作员可以行走，抬起，推／拉和弯曲。机器人的先进控制系统和一百多个嵌入式传感器，可快速测量操作员的动作并做出实物响应，使机器人感觉就像是用户身体的延伸。工人简单地完成工作，而机器人同时增强了力量并顺畅地移动。而且由于动力外骨骼与他们的操作员一起运动，因此他们可以轻松地支持需要复杂运动的任务。

此外，对于许多手动组装任务，两个或更多工人必须在一个流程中进行协作－一个将组件固定在适当的位置，而另一个则负责安装。像Guardian XO这样的动力全身外骨骼，可使一个工人单独完成相同的工作。通过免提功能，操作员可以抬起部件并锁定机器人的手臂以将物体固定在适当的位置。从那里，它们可以从机械臂上松开以手动完成更灵巧的任务，例如固定铆钉或其他紧固件。

动力外骨骼到固定自动化无法实现的地方

从制造的角度来看，动力全身外骨骼最关键的优势可能是其机动性和多功能性。这些功能使它们能够按需运行，并使其成为强大的工具，可实现敏捷制造和工作连续性，从而最终提高生产率和安全性。

尽管自动化是任何高级生产线上的重要功能，但手动物料处理（例如接收物料和要运输的成套组件）是司空见惯的。

在两种情况下，工人都必须经常搬运笨重的物体。许多零件具有奇异的几何形状，使其难以操作，费时，有时甚至用手操纵也很危险。动力外骨骼可以帮助工人包装和拆包材料，对材料进行排序，并在需要时将其移动到适当的组装工位。

在最后阶段，必须手动安装大型，重型和笨重的成品组件，例如组成用于石油和天然气钻井的钻头的零件。这些组件可以具有多个零件，其中许多零件是重钢且难以举升。电动全身外骨骼可以简化此繁琐的过程，无论是在工厂内还是在现场，都必须拆开包装并进行组装。

动力外骨骼提供的额外力量意味着一个人可以举起沉重的零件，否则可能需要两个或更多的工人。尽量减少这些团队协作，可以减少伤害，帮助保持社会距离并提高生产力。

提高生产力和安全性

在敏捷的制造环境中，工人必须搬运重量，大小和形状不同的物品，机器人辅助可以加快生产速度。在全身动力的外骨骼的支持下，装配线和物流工人都可以举起较轻的物体，而不会产生疲劳，从而使它们可以更快，更长时间地工作，从而提高了生产率。这些机器人也可以动态部署，以帮助管理需求激增，从而无需修改固定的电梯辅助设备，这是一个复杂而昂贵的过程。外骨骼也会对安全产生深远影响。许多工作场所的伤害是由举重造成的：长时间负重，举重笨拙或使用不良形式。美国工人和公司每年花费超过1000亿美元用于补救因工受伤的问题1。在使人无法工作的身体状况中，下背部疼痛仅次于普通感冒。

在装配过程中搬运重的高扭矩工具，推拉重物以及其他任务所引起的肩部受伤也很引起人们的关注，与每例相比，背部疾病的治疗费用甚至更高。电动全身骨骼可以减少这些数量。因为它们在工人举起和放置笨重的零件，推／拉推车以进行排序，卸载零件或操作高扭矩工具时提供重要的帮助，所以它们可以帮助防止受伤。同样，对于必须长时间执行繁重工作的工人，动力外骨骼可减轻疲劳，这是可能增加受伤风险的众多因素之一。根据OSHA的数据，仅疲劳一项就使制造商损失了1，350亿美元2。

除了减少因受伤造成的损失时间外，动力外骨骼还可以缓解熟练工人的短缺。这些工具可以使老年工人的工作时间更长，从而保留他们的知识和经验。此外，增强工人体力的能力有助于平整运动场并为更多人打开工作机会。

灵活性提高生产力

电动全身外骨骼可以在各种情况下使用：手动包装和拆箱，将重物运输到适当的工作站，甚至处理难以自动化的任务。这种灵活性为制造带来了更多的通用性，并且是支持敏捷制造的理想工具。

这种灵活性最终是电动全身外骨骼的最大优势。它并非旨在执行任何一项特定的工作。相反，就像操作人员一样，它可以执行许多不同的任务，从而减轻了人工搬运物料的负担，并帮助制造商快速响应客户的需求。
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