综述：上肢职业外骨骼综述：从技术到评估

《International Journal of Industrial Ergonomics》：Review of upper-limb occupational exoskeletons: From technology to assessment

上肢职业外骨骼的技术多样性、运动学结构及其对长期人体健康与工作效能的影响被系统综述。研究发现被动式外骨骼因操作简便和稳定性占据主流，但存在支撑范围有限、动态适应性不足等问题；主动式系统虽能提供精准助力，但受限于成本与复杂性。现有评估多集中于短期肌肉活动监测，缺乏对间接身体区域（如背部）的长期影响研究，且实验室与实际环境测试存在显著差异。未来需建立统一评估框架，加强跨行业、长期实际应用研究，并关注主动与被动系统的协同创新。

　　随着现代工业对工作效率和工人健康需求的不断提高，职业外骨骼技术正逐渐成为减少工作相关肌肉骨骼疾病（MSDs）的重要解决方案。这些外骨骼装置旨在通过减轻人体上肢在高强度任务中的负担，改善工人的工作环境和身体状况。然而，尽管该技术展现出巨大的潜力，其广泛应用仍面临诸多挑战，尤其是在评估其长期效果和潜在副作用方面。本文通过回顾现有文献，探讨了职业外骨骼技术的多样性、技术设计特点以及在实际工业环境中的应用效果，以期为未来研究和实际应用提供有价值的参考。

### 职业外骨骼技术的多样性

职业外骨骼可以按照其工作原理分为被动、主动和混合（半主动）系统。被动系统依赖于机械元件，如弹簧或配重装置，来分散力量，其优势在于结构简单且成本较低，因此在工业领域受到欢迎。相比之下，主动系统则通过电机或气动执行器提供动力辅助，虽然能够提供更动态的支持，但其复杂性和重量成为限制其广泛应用的因素。混合系统试图结合两者的优点，但在成本和复杂性方面仍然面临挑战。

此外，外骨骼还可根据其运动结构分为刚性和柔性两种类型。刚性外骨骼通过耐用的框架提供结构支持，而柔性外骨骼则以轻便和适应性著称，但提供的支持和扭矩较小。不同类型的外骨骼适用于不同的任务需求，例如，刚性结构的外骨骼在需要高强度支持的任务中表现更佳，而柔性结构则更适合需要灵活性的任务。

### 技术设计与人体工程学的结合

在工业应用中，外骨骼的设计通常聚焦于上肢，尤其是肩部。这种设计选择主要是基于肩部在重复性手臂动作和上肢任务中容易受到损伤。然而，现有研究中，大多数外骨骼仅关注肩部的直接支持，而忽视了对其他身体部位如背部、腿部和手臂的间接影响。这表明，未来的研究需要更加全面地评估外骨骼对身体各部位的综合影响，以确保其在实际使用中的安全性和有效性。

许多研究指出，尽管被动外骨骼在实验室环境中显示出减少肌肉活动和疲劳的效果，但在实际工业环境中，其效果可能会受到任务多样性和工作环境复杂性的影响。例如，一些研究发现，使用被动外骨骼进行肩部支持时，虽然减少了肩部肌肉的活动，但可能增加了背部和腿部的负担。这种现象提醒我们，在设计和评估外骨骼时，需要考虑到人体整体的运动模式和协调性，而不仅仅是单一关节的活动。

### 评估方法的多样性与局限性

目前，外骨骼的评估方法主要包括肌肉活动（如EMG）和运动学分析（如关节角度、运动轨迹等）。这些方法能够提供关于外骨骼如何影响肌肉负荷和运动效率的客观数据。然而，大多数研究仅关注短期效果，缺乏对长期使用后果的深入分析。这导致了对外骨骼在实际工作环境中的适应性和安全性评估不足。

此外，许多研究依赖于主观指标，如感知努力（RPE）和感知不适（RPD），这些指标对于评估用户的体验和接受度非常重要。然而，这些主观指标的评估方法往往不够标准化，且在不同研究中存在较大的个体差异。因此，未来的研究需要结合客观和主观评估方法，以更全面地了解外骨骼对工人的影响。

### 工业应用的挑战与未来方向

尽管职业外骨骼在减少肌肉骨骼疾病方面展现出潜力，但其在实际工业环境中的应用仍面临诸多挑战。首先，外骨骼的复杂性和成本限制了其在一些高风险行业的普及。其次，缺乏标准化的评估方法使得不同研究之间的结果难以比较，影响了外骨骼技术的推广和应用。

为了克服这些挑战，未来的研发方向应包括以下几个方面：一是开发更轻便、更灵活的外骨骼设计，以适应多种任务需求；二是引入智能控制策略，如自适应或人工智能驱动的辅助系统，以提高人机交互的效率和舒适度；三是建立统一的评估框架和标准，以确保外骨骼在不同工业环境中的安全性和有效性。

### 工业应用的多样性与市场动态

职业外骨骼的应用已经扩展到多个行业，包括汽车制造、航空航天、物流、建筑和医疗等。在欧洲，一些大型项目如Robo-Mate和WearHap正在推动外骨骼技术的早期应用，而在北美，一些试点项目在物流、建筑和国防领域取得了显著进展。亚洲国家如日本和韩国则在制造业和医疗领域探索外骨骼的应用，以应对人口老龄化和劳动力短缺的问题。

然而，尽管市场增长迅速，外骨骼在某些行业中的应用仍不充分。例如，建筑行业对个性化外骨骼的需求较高，但目前市场上针对这一领域的解决方案相对较少。此外，一些研究指出，外骨骼的使用可能带来意想不到的副作用，如肌肉疲劳、关节压力和心理负担，这些都需要进一步的研究和评估。

### 未来研究与技术发展的方向

为了更好地评估职业外骨骼的长期效果和潜在副作用，未来的研究所需关注以下几个方面：一是进行长期的实地研究，以了解外骨骼在实际工作环境中的表现；二是探索更全面的评估方法，包括对身体其他部位的影响和对任务性能的综合评估；三是开发更智能的控制策略，以提高外骨骼的适应性和用户体验。

总之，职业外骨骼技术在减少工作相关肌肉骨骼疾病方面具有重要的应用价值，但其广泛采用仍需克服诸多技术和评估上的挑战。通过综合考虑技术设计、人体工程学和评估方法，未来的研发和应用将更加注重工人的健康和工作效率，推动这一技术在更多行业中的普及和应用。