Reduktion körperlicher Belastungen von Handwerksberufen durch Optimierte Exoskelette

Das Projekt

Unterstützenden Aufgaben im Handwerk, wie Treppensteigen mit Last, Laufen über unebene Flächen oder Überkopfarbeit auf Leitern, zeichnen sich durch eine hohe Komplexität aus. Hinzu kommt, dass im Verlauf des Arbeitstages meist viele verschiedene Tätigkeiten verrichtet werden. Daher muss das Exoskelett ergonomisch sitzen und gleichzeitig einfach und sicher anwendbar sein. Derzeit gibt es noch keine Systeme, die diese Anforderungen befriedigend erfüllen. Ziel des Forschungsprojekts ReHOpE ist es, Exoskelette für das Handwerk zugänglich zu machen. Neben der Optimierung von aktiven Exoskeletten in Bezug auf die Unterstützungs-bedarfe im Handwerk wird ihre Nutzung im Betrieb durch digitale Einsatzplanungswerkzeuge vereinfacht. Außerdem werden für das Orthopädietechnik-Handwerk neue Geschäftsmodelle im Bereich individuellen Anpassung von Exoskeletten entwickelt. Ziel von OFFIS ist, Handwerkstätigkeiten und Unterstützungskapazitäten verschiedener Exoskelettsysteme zu modellieren und in einem digitalen Werkzeug zur Einsatzplanung zusammenzuführen. Darüber hinaus entwickelt OFFIS ein Werkzeug zur Haltungsklassifizierung, um Fehlhaltungen zu erkennen.

Abbildung 1: Exoskelette von GermanBionic im Einsatz auf der Baustelle (©Sven-Michel_Studio-SML)

Abbildung 1 stellt den Prozess der Exoskelett-unterstützte Arbeit dar. ReHOpE adressiert die explizit genannten Exoskelette im Handwerk sowie die nötigen technischen Anpassungen und geht auf deren Einflüsse auf das betriebliche Gesundheitsmanagement ein.ReHOpE entwickelt ein digitales Werkzeug, um die Handwerksunternehmen als Nutzer der Exoskelette in der operativen Einsatzplanung zu unterstützen.

Im Rahmen dieses Forschungshaben zielen die Projektpartner darauf ab, nachhaltig den Abbau von physischen Fehlbelastungen mittels Exoskeletten zu untersuchen und die Verbindung aus Menschen und Technik zu ermöglichen, ohne den Menschen zu ersetzen. Das Ergebnis sollte daher nahezu für alle körperlich anspruchsvollen handwerklichen Berufe anwendbar und damit skalierbar sein. Dies gilt insbesondere für die sensorgesteuerte Analyse der Bewegungsdaten, mit deren Hilfe proaktiv Fehlhaltungen und belastende Bewegungen des Menschen identifiziert und vermieden werden. Neben einer möglichen Verringerung von Erkrankungen und Belastungen des Muskel-/Skelettsystems sollen auch die psychischen und sozialen Aspekte für die Akzeptanz und Tragekomfort erfasst und für zukünftige Anwendungen ausgewertet und ggf. verbessert werden. Dabei geht es insbesondere um die Frage, ob die Nutzung solcher Systeme die Arbeit der Beschäftigten erleichtert und welche Nutzungsvoraussetzungen aus Beschäftigtensicht von Bedeutung sind.

Ziele

Im Rahmen dieses Forschungshaben zielen die Projektpartner darauf ab, nachhaltig den Abbau von physischen Fehlbelastungen mittels Exoskeletten zu untersuchen und die Verbindung aus Menschen und Technik zu ermöglichen, ohne den Menschen zu ersetzen. Das Ergebnis sollte daher nahezu für alle körperlich anspruchsvollen handwerklichen Berufe anwendbar und damit skalierbar sein. Dies gilt insbesondere für die sensorgesteuerte Analyse der Bewegungsdaten, mit deren Hilfe proaktiv Fehlhaltungen und belastende Bewegungen des Menschen identifiziert und vermieden werden. Neben einer möglichen Verringerung von Erkrankungen und Belastungen des Muskel-/Skelettsystems sollen auch die psychischen und sozialen Aspekte für die Akzeptanz und Tragekomfort erfasst und für zukünftige Anwendungen ausgewertet und ggf. verbessert werden. Dabei geht es insbesondere um die Frage, ob die Nutzung solcher Systeme die Arbeit der Beschäftigten erleichtert und welche Nutzungsvoraussetzungen aus Beschäftigtensicht von Bedeutung sind.

Über die Nutzbarkeit und Akzeptanz der Exoskelette hinaus ist die operative Einsetzbarkeit von großem Belang. Ein digitales Planungswerkzeug soll die Betriebe unterstützen, die vorhandenen Exoskelettsysteme einfach und in Konzepten des betrieblichen Gesundheitsmanagements fundiert einzusetzen. Hierzu werden mehrere Exoskelettsysteme in ihren Unterstützungskapazitäten erfasst, um eine breitere Basis für dieses Werkzeug zu bieten.

Die einzelnen Handwerksbetriebe sind derweilen allein nicht in der Lage, diese Herausforderungen individuell zu lösen - die Komplexität des Themas, die Abhängigkeit von Technologien, das mangelnde Know-how, sowie Kosten / Investitionsbedarfe stehen in Konkurrenz zu Vollauslastung der Betriebe. Dies ist existenzbedrohend für das deutsche Handwerk. Dieser Problematik möchte dieses Forschungsvorhaben gerecht werden.

Die Partner

OFFIS - Institut für Informatik

Die Forschungsgruppe Smart Human Robot Collaboration (HRC) am OFFIS - Institut für Informatik in Oldenburg, hat einen starken Fokus auf simultane Lokalisierung und Kartierung (SLAM), Umgebungswahrnehmung sowie Mensch-Roboter-Interaktion. OFFIS wurde 1995 als angewandtes Forschungsinstitut der Universität Oldenburg gegründet und beschäftigt rund 300 Mitarbeiter bei einem Umsatz von knapp 19 Mio. € im Jahr 2019. Die HRC-Gruppe ist Teil des neu gegründeten Forschungsbereichs zur Produktion, der sich mit drei weiteren Bereichen zu den Themen Gesundheit, Energie und Verkehr zusammenschließt. HRC hat vorhandene Expertise aus den Bereichen Mensch-Computer-Interaktion, autonome Systeme und Umweltwahrnehmung gebündelt. Mehrere laufende Projekte untersuchen Sensorfusion, menschliche Bewegungs- und Verhaltensmodelle (OmniConnect), Telemanipulation sowie Remote Telepresence (PIZ), Augmented Reality/Virtuality-Schnittstellen (STEP-UP) und Metriken für die industrielle kollaborative Montage (METRICS).

Osterhues Haustechnik GmbH

Osterhues Haustechnik GmbH (OHT) möchte gemeinsam im Projekt eine technische Lösung zu entwickeln, die den Alltag im Handwerk erträglicher macht und Muskel-Skelett-Krankheiten auf ein Minimum reduziert. Das Handwerk ist ein bedeutender Arbeitgeber, die Attraktivität des Handwerks hat in den letzten Jahren stark nachgelassen – dies wird belegt durch die Anzahl der stark rückläufigen Bewerbungen in den letzten Jahren. OHT möchte das Handwerk wieder attraktiver Gestalten und um Nachwuchs werben. Dabei sind die gesellschaftlichen Anforderungen der Generation Z zu beachten.

Hans Thormählen GmbH & Co. KG

Aus Sicht der Hans Thormählen GmbH & Co. KG (HT) gibt es wichtige und potentiell existenzbedrohende Entwicklungen für Handwerksbetriebe. Aufgrund des demografischen Faktors sinkt die Anzahl von Berufseinsteigern kontinuierlich. Dagegen steigt das Renteneintrittsalter der Beschäftigten zunehmend an. Der Altersdurchschnitt der bestehenden Belegschaft erhöht sich naturgemäß jährlich, sofern nicht fortlaufend jüngere Kollegen dazugewonnen werden können. Daraus lassen sich zwei wichtige Handlungsempfehlungen für die Unternehmen ableiten: Zum einen steigert sich der Wettbewerb um Auszubildende bzw. Fachkräfte mit abgeschlossener Berufsausbildung in der Wirtschaft. In diesem Wettbewerb ist es wichtig, die Attraktivität der Ausbildung und des Berufs zu steigern. Die Generation Z, für die Smartphone und Internet große Teile ihres Alltags bestimmen, erwartet, dass sie in ihrem Arbeits- und Ausbildungsalltag moderne digitale Technologien wiederfinden. Zum anderen schlägt sich der prozentuale Anteil einer älter werdenden Belegschaft in einer wachsenden krankheitsbedingten Ausfallquote durch, denn besonders ältere MitarbeiterInnen leiden häufig an Muskel-Skelett-Erkrankungen und sind den körperlichen Belastungen vieler Handwerksberufe nur noch teilweise gewachsen. Hier gilt es, Arbeitsabläufe zu optimieren. Vom Projekt ReHOpE verspricht sich HT eine Steigerung der Attraktivität des Berufsbildes bei gleichzeitiger langfristiger Reduktionen körperlicher Belastungen.

Uber GmbH

Die Uber GmbH (UBER) möchte mit ihren Fachkenntnissen in den Bereichen Orthopädiehandwerk und Anatomie das Projekt bestmöglich unterstützen. Das Unternehmen steht für moderne Orthopädie, welche bei diesem Projekt zum Tragen kommt. Durch die Zusammenarbeit mit dem Konsortium soll der Horizont des Unternehmens erweitert werden und die gewonnenen Erkenntnisse sollen langfristig in das operative Geschäft mit eingebunden werden. UBER ist es aber genauso wichtig den Verschleiß von Körperteilen bei handwerklichen Arbeiten zu minimieren. UBER möchte dem Fachkräftemangel entgegenwirken und trägt gerne dazu bei, handwerkliche Ausbildungsplätze smarter und dadurch interessanter zu gestalten. Somit würde auch UBER als Arbeitgeber interessanter für mögliche Arbeitnehmer werden. UBER sieht unterdessen auch ein großes Potential, im Bereich Exoskelette ein neues Marktsegment für die Orthopädietechnik zu erschließen.

German Bionic Systems GmbH

Das Exoskelett Cray X von German Bionic Systems GmbH (GBS) hat sich in den vergangenen Jahren auf die Logistik-Branche konzentriert, um dort ein voll ausgereiftes Produkt anbieten zu können. Nachdem diese Branche nun erschlossen ist, möchte GBS in weitere Branchen expandieren. Jede Branche hat dabei unterschiedliche Anforderungen an ein Exoskelett. Im Rahmen dieses Projekts will GBS die Anforderungen für ein Exoskelett in der Handwerksbranche erfassen und erste Adaptionen am jetzigen Cray X vornehmen - vor Allem was die Regelung und Belastungserkennung angeht.

Friedrich Ahlers GmbH

Kerngeschäft der Friedrich Ahlers GmbH (FA) liegt in der Konfiguration und Montage von gewichtsintensiven Bauelementen wie Fenstern oder Haustüren bei privaten Bauherren. Die Montagemitarbeiter sind extremen körperlichen Belastungen ausgesetzt. In der Folge leidet die Montageabteilung unter einem hohen Krankenstand, zeigt massive Nachwuchsprobleme und kann Mitarbeiterinnen aufgrund der hohen körperlichen Belastung nicht einsetzen. Die individuelle Motivation von FA besteht in folgenden Zielsetzungen. Erstens eine substantielle Reduzierung der physischen Belastungen für die Mitarbeiter, zweitens der Erhalt der Arbeitsfähigkeit von älteren Mitarbeitern bis ins Rentenalter und drittens die Steigerung der Attraktivität der Montagetätigkeit für Frauen und junge Menschen. Es ist nicht akzeptabel, dass es in Zeiten massiven technologischen Fortschritts kaum adäquate Hilfsmittel gibt, um die psychischen Belastungen bei Montagetätigkeiten von Bauelementen zu senken. FA möchte daran mitwirken, diesen Missstand endlich zu ändern.

Dieses Projekt wird unterstützt und begleitet von unseren assoziierten Partnern, der Handwerkskammer Oldenburg, der hkk Krankenkasse, der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin und der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ (Förderkennzeichen 02K20D130) gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autor:innen.

Kontakt

Projektkoordinator
Dr. rer. nat. Tim Claudius Stratmann
OFFIS e.V.
Escherweg 2
26121 Oldenburg

E-Mail: tim.stratmann(at)offis.de
Telefon: +49 441 9722-431
Internet: www.offis.de