面向协助切肉任务的腕部外骨骼原型的运行和生物力学评估
医学物理
2025-11-18 v1
摘要
尽管已开发出越来越多用于职业应用场景的外骨骼，但腕部外骨骼仍相对稀少。然而，在肉类加工行业，肩部和手腕-腕部肌肉骨骼疾病尤为常见。本研究旨在评估一种 670 克腕部外骨骼原型在协助操作员进行切肉任务时的潜在有效性和风险。6 名专业切肉工人完成了三个标准化任务，以模拟切肉动作。实验在泡沫材料上进行，随机化的三种实验条件包括：(1) 不佩戴外骨骼；(2) 佩戴外骨骼被动状态且刹车关闭；(3) 使用外骨骼且刹车激活，固定在静态位置。通过仪器化桌面记录切割力，利用光电动力捕捉系统记录关节角度，通过表面 EMG 记录肌肉活动，并通过问卷调查评估用户体验。切割不准确被定义为指定任务与实际切割在泡沫表面之间的面积。通过逆动力学法估算关节扭矩，并分别考虑和不考虑外骨骼质量，以隔离其效应。拟合线性混合效应统计模型。结果显示，在外骨骼激活进行任务时，腕部屈肌的 EMG 活动降低最高可达 18.7%（p<0.01 到 p<0.001），而上斜肌的 EMG 活动升高最高可达 61.7%（不显著至 p<0.05）。肩部抬高关节扭矩最高增加 39.7%（p<0.001），主要归因于外骨骼质量。该多准则外骨骼评估方法为后续原型设计提供了指导。过重的腕部外骨骼可能增加肩部腱炎风险。
引用
@article{arxiv.2511.13307,
title = {Operational and biomechanical evaluation of a wrist exoskeleton prototype for assisting meat cutting tasks},
author = {Aurélie Tomezzoli and Mathieu Gréau and Charles Pontonnier},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.13307},
year = {2025}
}