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2Maria Pia CAVATORTA L’ergonomia nella fabbrica intelligente – le nuove tecnologie a supporto dell’uomo

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DI TORINO

L’Ergonomia nella fabbrica intelligente -

le nuove tecnologie a supporto dell’uomoMaria Pia Cavatorta - Politecnico di Torino

Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale

industria-4-0-paesi-presenza-pmi-italia

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DI TORINO“While technology has the ability to increase productivity

and reduce costs, it’s human factors that will enable us to fully integrate our supply chains and enable

differentiation.”

Iain Wright, chair of Britain Parliament’s Business, Energy and Industrial Strategy Select Committee – 2017.

Source: Implications for Learning Factories from Industry 4.0

Challenges for the human factor in future production scenarios

ESB Business School Reutlingen / Fraunhofer Austria Research / TU Vienna

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source: “The 2015 Ageing Report: Economic and budgetary projections for the 28 EU Member States (2013-2060)”

WORKERS’ ACCEPTANCE OF NEW TECHNOLOGIES

source: MIT CSAI Lab

source: Ekso Vest

SUPPORT THE AGEING WORKFORCE

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UNI EN ISO 10218-1,2:2011ISO TS 15066: 2016

Traditional segregation is replaced by

- sensor-based safety systems

- introduction of smaller force-limited

robots

Integrate and enhance

human PERCEPTION, FLEXIBILITY and EXPERIENCE

robot STRENGTH, ACCURACY, REPEATIBILITY

Reduce up-front investments, improve flexibility

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source : Bjȍern Matthias, ABB

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source: ISO TS 15066: 2016

POWER AND FORCE LIMITING

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YUMI – ABBBaxter Sawyer - Rethink Robotics

KUKA LBR iiwa

UR -Universal Robots

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Contact stop

Passive safety cover

Safe stop function

Push back function

Anti-trap protection

Dual check safety

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Source: Grand View Research report

Collaborative Robots Market Size & Share, Industry Report, 2018-2025

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Accelerating the transition from collaborative robots to robot workmates

Collaborative robots

Tasked with a dangerous, repetitive or stressful operation

Robot workmates

Also expected to understand when human operators are stressed or tired,

and adapt to them at different levels

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To favor the acceptability and trust of robots as workmates:

- natural and intuitive robot programming approaches and

interfaces, which do not require expert knowledge [TOPIC 1]

- human intention and human action recognition processes are

of the utmost importance to adapt to the operator’s actions as they unfold [TOPIC 2]

- robot motions and gestures should be not only safe but should

also be aimed at enhancing human trust, following, e.g., bio-

inspired patterns [TOPIC 3]

- robot behaviors and the communication between humans and

robots should adapt to an operator’s cognitive and physical capabilities, as well as incipient fatigue and stress, by sharing

autonomy accordingly and supporting the operator when

needed [TOPIC 4]

WORKMATE 2018, 21-25/5 2018

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http://www.repubblica.it/

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Sarcos Guardian XO90 kg payload(not yet released)

Sarcos Guardian GT: 225 kg payload for each limb

HUMAN-CONTROLLED ROBOTS

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Exoskeletons for industrial applications

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Exoskeletons aim at reducing two of the main biomechanical risk factors

for MSDs:

- High forces/ Significant effort: power tasks, as well as high precision

tasks (co-contraction effort)

- Awkward postures: muscle contraction but also the proximity to joint

limit in terms of range of motion (tendon deformation and potential

compression of soft tissue)

What tasks and which operators could be benefitted the most?

Researchers agree that the efficiency of an exoskeleton regarding the

reduction of MSDs risks is highly-task dependent

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Assist Suit AWN 03B - PanasonicHAL-LB03 - Cyberdyne

ACTIVE LUMBAR SUPPORT

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DI TORINO ACTIVE LUMBAR SUPPORT

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Back X - Suit X(Berkeley University)

Laevo (University of Delft)

PASSIVE LUMBAR SUPPORT

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in-respect-to-niosh/

Empirical research conducted by Laevo in cooperation with TNO

Muscle activity of the lower back muscles in an bent-over position

experienced an average decrease of 40%

Expert opinion 1: Relationship between muscle activity and pressure on the

spinal nerves (compressive forces) is 90%. Pressure on the back will then

decrease by 90%*40% =36%;

Safe load on the back 3400/(1-0.36) = 5300N, increase by a factor of 1.56

The NIOSH equation for the situation in which the Laevo is being worn becomes:

RWL = 36kg * HM * VM * DM * AM * FM * CM

Expert opinion 2: decrease of approximately 15% of the pressure on the spinal

nerves. Therefore 3400/(1-0.15) = 4000N, with a multiplication factor of

4000/3400 = 1.18

RWL = 27kg * HM * VM * DM * AM * FM * CM

RWL = 23kg * HM * VM * DM * AM * FM * CM

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Exhauss France

Reduced shoulder flexor activity

Increased antagonistic muscle activity and postural strains

Higher cardiovascular demand

Modified upper limb kinematics

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SkelEx V1 (University of Delft)

Comau – Össur- IUVO(Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa) Shoulder X – Suit X(Berkeley University)

PASSIVE UPPER LIMBS SUPPORT

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EMG activity level Precision

Research grant from Ekso Bionics Inc. and the Boeing Company

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Forces on low back,

compression A),B)- lateral C)

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Compression forces on low back as a function of level of intervention of exoskeleton

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Chairless Chair – Noonee(ETH Zurich)

Leg X - Suit X(Berkeley University)

PASSIVE LOWER LIMBS SUPPORT

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Walking Assist of Honda (active)

Archelis (Walkable Chair) by Nitto

independent position for each leg

LOWER LIMBS SUPPORT

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Publication Scheduled: September 2021

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DI TORINOPROGETTO HuManS (Human centered Manufacturing Systems)Regione Piemonte, Bando Piattaforma Tecnologica «Fabbrica Intelligente»

Robot collaborativi/robot mobili

Soluzioni avanzate di robotica collaborativa su sistemi di

produzione reali, con ambienti di cooperazione sicura

uomo-robot

Postazioni di lavoro auto-adattative

Postazioni di lavoro in ambiente industriale che si adattano alle

caratteristiche dell’operatore ed assicurano elevata ergonomia

Dispositivi indossabili

Dimostratori sperimentali di esoscheletro che

agevolano l’esecuzione di operazioni ad alto carico

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