Assistive robotics and the human factor in warehousing: a focus on picking operations through a socio-technical lens

In 2021 the European Commission introduced the concept of Industry 5.0, to change the vision of industrial technological progress. In industry 4.0, in fact, progress was driven solely by technology, but now with the fifth industrial revolution, progress must be human centric. This change must also be clearly applied to logistics, being one of the most important and strategic parts of a company, thus giving life to the concept of Logistics 5.0. Through a systematic literature review it emerged that warehouses are still very dependent on human operators; in particular, two specific activities are picking operations and material handling. These two tasks involve actions which are stressful for employees and may cause injuries. In the context of a human-centred industry, therefore, we must look for technologies that can assist and support human workers. Among these, the case of the exoskeleton which can physically support operators is particularly interesting. Among these, the case of the exoskeleton which can physically support operators is particularly interesting. However, the impact on another important human factor, namely cognitive effort, is not considered in academic literature, that also in general for other assistive technologies is poorly considered or considered in a subjective way without the use of appropriate biosignals. In addition to this, the impact of certain contextual factors (e.g.: age, sex, type of unit load, etc.) is also often overlooked. This thesis aims to fill these gaps by proposing an experimental case where a parts-to-picker operation is simulated in four different situations combining the use or not of the exoskeleton and two different weights for the unit loads. During the experiment, both physical and mental effort are measured by biosignals, in addition to user perceptions with a questionnaire and productivity performance. The results obtained confirm the beneficial effect that the exoskeleton has in reducing the physical effort of the operator, but indicate a cognitive effort needed on average higher than without and a decrease in productivity performance. As a result, this work contributes to the academic literature and industry by providing a critical analysis and a tool that can contribute to the study necessary for the implementation of this technology that can support man by placing him at the centre of progress.

Nel 2021 la Commissione Europea ha introdotto il concetto di Industria 5.0, per cambiare la visione del progresso tecnologico industriale. Nell’industria 4.0, infatti, il progresso era guidato unicamente dalla tecnologia, ora invece con la quinta rivoluzione industriale, il progresso deve essere incentrato sull’uomo. Questo cambiamento va chiaramente applicato anche alla logistica, essendo questa una delle più importanti e strategiche parti di un’azienda, dando così vita al concetto di Logistica 5.0. Tramite una revisione sistematica della letteratura è emerso i magazzini sono ancora molto dipendenti dagli operatori umani; in particolare due specifiche attività sono le operazioni di picking e la movimentazione dei materiali. Questi due compiti comportano azioni usuranti per i dipendenti che possono causare infortuni. Nel contesto, quindi, di una industria centrata sull’uomo si devono cercare tecnologie che possano assistere e supportare i lavoratori umani. Tra queste particolarmente di interesse è il caso dell’esoscheletro che può supportare fisicamente gli operatori. Nell’ambito della letteratura accademica, però, non viene considerato l’impatto su un altro importante fattore umano cioè lo sforzo cognitivo, che anche in generale per altre tecnologie assistive viene scarsamente considerato o considerato in maniera soggettiva senza quindi l’uso di appositi biosegnali. Oltre a questo, anche l’impatto che possono avere alcuni fattori contestuali (es.: età, sesso, tipo di unità di carico, ecc.) viene spesso tralasciato. Questa tesi mira a colmare queste lacune proponendo un caso sperimentale in cui viene simulata un’operazione parts-to-picker in quattro diverse situazioni che combinano l’uso o meno dell’esoscheletro e due diversi pesi per le unità di carico. Durante l’esperimento vengono misurati lo sforzo sia fisico che mentale tramite biosegnali, in aggiunta alle percezioni dell’utente con un questionario e le performance di produttività. I risultati ottenuti confermano l’effetto benefico che ha l’esoscheletro nella riduzione dello sforzo fisico dell’operatore, ma indicano uno sforzo cognitivo necessario mediamente superiore rispetto ai casi senza e un calo nelle performance di produttività. Di conseguenza, questo lavoro contribuisce alla letteratura accademica e all'industria fornendo un'analisi critica e uno strumento che può contribuire nello studio necessario all’implementazione di questa tecnologia che può supportare l’uomo ponendolo al centro del progresso.