肩部辅助外骨骼对模拟剪刀式升降机上进行拉绳任务时肌肉活动和平衡的影响

《Applied Ergonomics》：Effects of shoulder-assist exoskeletons on muscle activity and balance during a wire pulling task on a simulated scissor lift

电工作业中被动上肢外骨骼对肩部肌肉活动及姿势稳定性的影响研究。在模拟高空作业动态平台上，9名男性受试者佩戴三种被动外骨骼进行130N和65N负载的线缆拉拔任务，结果显示外骨骼使上斜方肌和三角肌峰值激活度降低17%-49%，同时提高5%-25%的姿势稳定性，且未增加背部及下肢负荷。该研究验证了PUEEs在减少上肢生物力学负荷方面的有效性，但需考虑设备特性和任务动态需求。

　　这项研究探讨了被动式上肢外骨骼（PUEEs）对建筑工人，特别是电工在使用剪刀式升降平台进行高空作业时的影响。通过模拟电线拉拽任务，研究者评估了三种PUEEs对肩部肌肉活动和姿态平衡的作用。实验对象为九名健康的男性参与者，他们完成了在不同力量水平（65牛顿和130牛顿）下的任务，有或没有外骨骼的辅助。研究利用肌电图、运动捕捉和力板数据，分析了肩部肌肉的激活情况、关节运动学以及姿态稳定性。

研究结果显示，PUEEs显著降低了肩部主要肌肉群的峰值活动，包括上斜方肌（减少17%至38%）和大部分三角肌（减少1%至49%）。这种降低并未增加背部或下肢的负荷，说明PUEEs在减轻肩部肌肉负担方面具有积极作用。同时，姿态稳定性也有所改善，改善幅度在5%至25%之间，特别是在使用较重的外骨骼时更为明显。然而，不同型号的PUEEs在运动学变化上表现出差异，这表明设备的设计和特性对作业表现有重要影响。

高空作业在建筑行业中是常见的，但同时也伴随着较高的安全风险。根据美国劳工统计局（BLS）的数据，从2019年至2022年，跌落是建筑行业死亡的主要原因，占所有死亡案例的三分之一以上。此外，有研究指出，与剪刀式升降平台相关的致命事故中，约44%与跌落有关，而30%则与平台翻倒有关。这些数据凸显了高空作业环境中的潜在危险，特别是在进行需要较大体力和重复动作的任务时，如电工的电线拉拽工作。

除了跌落风险，建筑工人还面临肌肉骨骼疾病（MSDs）的高发率。这些疾病通常与高强度、重复性的工作任务有关，如材料搬运、肩部以上的工作以及需要频繁弯腰、转身的动作。对于电工而言，他们的工作尤其涉及高强度的肩部活动，如电缆和电线的拉拽、安装电气设备等。因此，他们特别容易受到MSDs的影响，这不仅影响了工作效率，还对身体健康和生活质量造成了负面影响。

研究指出，使用外骨骼设备可能有助于降低MSDs的风险。这类设备可以为用户的关节和肌肉提供支持，从而减少体力负担和肌肉疲劳。此前的研究已经显示，外骨骼设备能够有效降低肌肉疲劳程度，改善姿态控制，并减少生物力学负荷。然而，研究也提到，某些外骨骼设备在地面稳定表面上使用时，可能会对姿态稳定性产生一定的负面影响，尤其是在静态姿势下。

本研究特别关注了PUEEs在高空作业中的表现。通过模拟剪刀式升降平台的动态特性，研究人员能够更真实地反映电工在实际工作环境中的情况。实验结果表明，PUEEs在减轻肩部肌肉活动方面表现良好，同时也能提升姿态稳定性。这说明，对于需要在高空进行重复性肩部动作的电工来说，PUEEs可能是一个有效的辅助工具，有助于减少职业伤害的风险。

尽管PUEEs在减少肩部负荷和提高平衡方面有积极作用，但研究也指出，设备的设计和使用方式需要仔细考虑。不同型号的PUEEs在运动学变化上存在差异，这可能影响其在实际应用中的效果。因此，在选择和使用PUEEs时，应根据具体的工作任务和作业环境进行评估，以确保其能够有效提升工作安全性和舒适度。

此外，研究还提到，PUEEs的使用可能会对用户的姿态产生一定的限制，这可能在某些情况下影响其平衡能力。因此，在高空作业中，外骨骼设备的设计需要兼顾肩部支持和姿态控制，以避免可能的负面效应。同时，研究强调，需要进一步探索PUEEs在高空作业中的长期影响，以及其在不同作业条件下的适用性。

总的来说，这项研究为PUEEs在建筑行业中的应用提供了重要的实证支持。通过减少肩部肌肉活动和提升姿态稳定性，PUEEs可能有助于降低电工在高空作业中的受伤风险。然而，研究也指出，设备的使用需要结合具体的工作需求和环境特点，以确保其能够发挥最佳效果。未来的研究应进一步探讨PUEEs在不同作业场景中的表现，以及如何优化其设计以更好地满足高空作业的安全需求。