Промы́шленный экзоскеле́т (от экзо… и скелет), носимое техническое устройство для защиты человека от опасности физических перегрузок в процессе труда; компенсирует и/или перераспределяет нагрузку на опорно-двигательный аппарат работника. Состоит из жёсткого подвижного каркаса, системы приводов и системы креплений.

Промышленные экзоскелеты используются как средства индивидуальной защиты и включены в Единые типовые нормы выдачи средств индивидуальной защиты (Единые типовые нормы…) в зависимости от идентифицированных опасностей.

Экзоскелеты применяются как средства индивидуальной защиты не только на производстве, но и в других сферах деятельности, где требуется компенсировать чрезмерные физические нагрузки на человека и предупредить связанные с ними травмы, а также снизить утомляемость. Исследования по использованию экзоскелетов проводят военные, спасатели, космонавты и др.

По источнику энергии, используемого системой приводов, промышленные экзоскелеты подразделяются на пассивные, активные и полуактивные.

В зависимости от защищаемой анатомической области тела человека промышленные экзоскелеты классифицируются на устройства защиты (ГОСТ Р 12.4.306-2023): верхних или нижних конечностей; шейного, грудного или пояснично-крестцового отделов позвоночника.

Отдельно выделяют экзоскелеты с комбинированной областью защиты.

Этим же стандартом введена классификация по типу компенсируемой экзоскелетом физической нагрузки на опорно-двигательный аппарат работника: динамическая нагрузка – частое выполнение одинаковых движений, например поднять и переставить груз с одного места на другое; статическая – длительная работа в вынужденной неудобной позе или длительное удержание груза, инструмента в одном положении; комбинированные статико-динамические нагрузки, например перемещение груза, сочетаемое с наклонами корпуса при поднятии и опускании груза.

История

Прототипами промышленных экзоскелетов являются разработки русского изобретателя Н. Ф. Ягна (1849–1905). В 1889 г. он предложил устройство для облегчения и ускорения ходьбы и бега (Yagn. 1889). В 1890 г. ему выдан ряд патентов на устройства для облегчения ходьбы, бега и прыжков (Yagn. Patent № 420,178; № 420,179; № 440,684).

Разработку первых активных промышленных экзоскелетов связывают с проектом Hardiman американской корпорации General Electric (1965), в рамках которого был разработан экзоскелет для усиления физической силы работников в промышленности за счёт использования гидравлических приводов. Это устройство получилось слишком громоздким, тяжёлым и неудобным для использования; габариты экзоскелета 72" × 39" × 29" (1,8 × 1,0 × 0,7 м) и вес 1500 lbs (680 кг) (HARDIMAN I ... 1971).

В Российской Федерации с принятием нормативно-правовых актов о промышленных экзоскелетах как средствах индивидуальной защиты увеличилось их производство и использование. Применение промышленных экзоскелетов прежде всего эффективно при выполнении работ, которые могут привести к патологии опорно-двигательного аппарата, обусловленной перенапряжением и микротравмами. К таким работам относится полумеханизированная и полуавтоматизированная работа на штампах, станках, конвейерах и т. п., требующая быстроты движений и физического напряжения (Профессиональные заболевания ... 2021).

Перспективы

Промышленный экзоскелет, будучи носимым техническим устройством, не только защищает работника от опасности физических перегрузок в процессе труда, но и создает определённые неудобства. Прежде всего это дополнительный вес рабочего снаряжения и размер устройства. Например, пассивный экзоскелет при габаритах 0,5 × 0,5 × 0,2 м имеет массу 2,2 кг, а активный экзоскелет при габаритах 1,8 × 0,5 × 0,5 м имеет массу 23,5 кг.

Все экзоскелеты требуют существенных затрат времени на надевание и анатомическую подгонку. Также экзоскелеты имеют меньшую подвижность по сравнению с естественной подвижностью скелета человека, что ограничивает их применение в условиях, требующих повышенной координации и точности движений.

Перспективы развития промышленных экзоскелетов связаны с улучшением их технических характеристик, расширением спектра выполняемых функций и улучшением удобства использования. Для этого необходимо решить ряд задач, среди которых: снижение массы и габаритов экзоскелета; уменьшение времени на надевание и анатомическую подгонку; расширение возможностей по использованию различных рабочих инструментов; улучшение эргономики и дизайна; повышение автономности и манёвренности; совершенствование систем управления и др.

Расширение спектра выполняемых основных рабочих функций возможно за счёт модульного подхода к конструкции экзоскелетов. Это позволит подбирать необходимые элементы для выполнения конкретных производственных задач.

Улучшение технических показателей экзоскелетов возможно за счёт повышения надёжности и прочности конструкции; снижения энергопотребления и повышения полезной мощности активных экзоскелетов; использования инновационных материалов и технологий и др.