AWExo – Akzeptanz und Wirkung von Exoskeletten in der Bauindustrie

Status:

abgeschlossen 12/2025

Zielsetzung:

Der Arbeitsschwerpunkt des IFA in diesem Projekt lag auf der biomechanischen Analyse des Wirkeffekts von rumpfunterstützenden Exoskeletten bei typischen rückenbelastenden Tätigkeiten im Baugewerbe. Dazu gehörten manuelle Lastenhandhabung und Arbeiten mit starker Rumpfvorbeuge. In einer Kombination aus Labor- und Feldmessungen hat das IFA die Wirkeffekte von zwei passiven Exoskeletten mit unterschiedlicher Unterstützungskennlinie auf die Muskel-Skelett-Belastung im Bereich des unteren Rückens mittels invers-dynamischer Modellrechnung und Elektromyografie (Oberflächen-EMG) in ausgewählten Gewerken der Baubranche ermittelt. Zuvor veranstaltete das RIF gemeinsam mit dem IFA und zwölf am Projekt beteiligten Unternehmen Workshops, in denen anhand von vorliegenden Arbeitsplatzbeobachtungen und Videoaufzeichnungen geeignete Tätigkeiten und Arbeitsabläufe für einen Exoskelett-Einsatz ausgewählt wurden. Die Umgebungsbedingungen im Baugewerbe zeigten sich wesentlich komplexer und variabler als in den bisher betrachteten Anwendungsfällen. Daher wurde zunächst in einer Laborphase die Eignung der ausgewählten Systeme in nachgestellten/simulierten Situationen getestet. Hierzu zählten Gerüstaufbau, Kommissionieren von Gitterboxen, Montagetätigkeit mit vorgebeugtem Oberkörper und ebenso Schweißarbeiten, Pflasterarbeiten und Mauern im bodennahen Bereich. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurden anschließend in den beteiligten Unternehmen die spezifischen Tätigkeitsprofile an den zugehörigen realen Arbeitsplätzen über mehrere Stunden mit einem aktuellen CUELA-Messsystem – bestehend aus einem Inertialsensorsystem (IMU) in Verbindung mit Oberflächen-EMG – erfasst. Anhand der Messdaten wurden anschließend die Höhe der Unterstützungswirkung und die zeitanteiligen Unterstützungsdauer im Verhältnis zur Gesamttätigkeit ermittelt.

Aktivitäten/Methoden:

Der Arbeitsschwerpunkt des IFA in diesem Projekt lag auf der biomechanischen Analyse des Wirkeffekts von rumpfunterstützenden Exoskeletten bei typischen rückenbelastenden Tätigkeiten im Baugewerbe. Dazu gehörten manuelle Lastenhandhabung und Arbeiten mit starker Rumpfvorbeuge. In einer Kombination aus Labor- und Feldmessungen hat das IFA die Wirkeffekte von zwei passiven Exoskeletten mit unterschiedlicher Unterstützungskennlinie auf die Muskel-Skelett-Belastung im Bereich des unteren Rückens mittels invers-dynamischer Modellrechnung und Elektromyografie (Oberflächen-EMG) in ausgewählten Gewerken der Baubranche ermittelt. Zuvor veranstaltete das RIF gemeinsam mit dem IFA und und zwölf am Projekt beteiligten Unternehmen Workshops, in denen anhand von vorliegenden Arbeitsplatzbeobachtungen und Videoaufzeichnungen geeignete Tätigkeiten und Arbeitsabläufe für einen Exoskelett-Einsatz ausgewählt wurden. Die Umgebungsbedingungen im Baugewerbe zeigten sich wesentlich komplexer und variabler als in den bisher betrachteten Anwendungsfällen. Daher wurde zunächst in einer Laborphase die Eignung der ausgewählten Systeme in nachgestellten/simulierten Situationen getestet. Hierzu zählten Gerüstaufbau, Kommissionieren von Gitterboxen, Montagetätigkeit mit vorgebeugtem Oberkörper – ebenso Schweißarbeiten, Pflasterarbeiten und Mauern im bodennahen Bereich. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurden anschließend in den beteiligten Unternehmen die spezifischen Tätigkeitsprofile an den zugehörigen realen Arbeitsplätzen über mehrere Stunden mit einem aktuellen CUELA-Messsystem - bestehend aus einem Inertialsensorsystem (IMU) in Verbindung mit Oberflächen-EMG - erfasst. Anhand der Messdaten wurden anschließend die Höhe der Unterstützungswirkung und die zeitanteiligen Unterstützungsdauer im Verhältnis zur Gesamttätigkeit ermittelt.

Ergebnisse:

Im Rahmen der durchgeführten Laborstudien konnten tätigkeitsabhängig signifikante Entlastungseffekte der Rückenbelastungen bei den untersuchten Exoskeletten in einem Bereich zwischen ca. 6 und 26 % nachgewiesen werden. Dies betrifft sowohl die biomechanisch ermittelten Gelenkmomente und Bandscheibenkompressionskräfte im Bereich der unteren Lendenwirbelsäule als auch die EMG-Aktivität der Rückenstrecker. In den Feldmessungen führte die Verwendung des Exoskeletts zu etwas geringeren Entlastungen des Rückens zwischen 4 und 14 %. Dabei zeigte sich außerdem ein erheblich probandenspezifischer Effekt, in dem die gleiche Tätigkeit von verschiedenen Personen mit deutlich unterschiedlicher Körperhaltung ausgeführt worden war. Der durch das Exoskelett unterstützte Zeitanteil variierte je nach Tätigkeitsfeld zwischen 20 und 80 %. Dieser Parameter korrespondierte mit Akzeptanzerhebung, indem längere Unterstützungszeitanteile die Akzeptanz des Exoskeletts tendenziell begünstigen. Insgesamt weisen die Ergebnisse darauf hin, dass eine erfolgreiche Einführung von Exoskeletten an Arbeitsplätzen stark von der sorgfältigen Auswahl geeigneter Arbeitsplätze abhängt, indem ein möglichst großer spürbarer Entlastungseffekt bei geringstmöglicher Behinderung bzw. Einschränkung durch das Exoskelett erzielt werden kann.

Stand: