评估被动外骨骼在建筑工程中的功效：基于实验室的研究

实验协议将需要参与者大约 3 小时的时间。 它将包括六个阶段：

第一阶段：身体不适和惯用手问卷 首先，研究小组将对参与者进行访谈问卷调查，以获取有关参与者身体疼痛/不适程度的信息，并使用爱丁堡惯用手量表确定参与者的惯用手。

第二阶段：人体测量和力量测试 将使用标准卷尺和人体测量仪在直立位置测量几个人体测量尺寸。 身体测量将包括站立高度、肩高、腰到地板的高度、腿长、膝盖高度、上臂和下臂长度、脚长和肩间距离。 研究参与者的体重将使用标准体重秤测量。 使用标准手持式握力计测量双手的最大握力，进行 3 次试验。

第三阶段：安装 BSEs 将向参与者介绍四种类型的商业 BSEs（backX、Laevo 2、FLx ErgoSkeleton、V22 ErgoSkeleton）。 按照制造商的说明，参与者将被允许测试每个设备，通过使用可调节功能（例如肩带）使设备适合他们的身体以获得舒适感。

第四阶段：光学运动捕捉标记、可穿戴惯性传感器和表面肌电图 (sEMG) 传感器放置商业运动捕捉系统（Qualisys AB，Kvarnbergsgatan，Göteborg，瑞典）将用于监测和分析身体部分运动轨迹在三个维空间。 几个光学标记将被放置在研究参与者的解剖标志上，包括头部、肩膀、手臂、手、背部、骨盆、腿和脚。 低过敏性双面胶带将用于将光学标记贴到解剖标志上。 可穿戴惯性传感器将使用低过敏性双面胶带固定在靠近腰部（S1）、上背部（T6）、胸骨、上臂（R、L）、下臂（R、L）、大腿（ R、L）和刀柄（R、L）。 八个 sEMG 传感器将放置在斜方肌下降 (TRP)、三角肌前束 (AD)、腰髂肋肌 (ILL)、腹直肌 (RA)、外斜肌 (EO)、颈椎竖脊肌 (CES)、背阔肌 (LD)、股外侧肌 (VL) 在执行模拟工作任务时测量肌肉激活水平，这在阶段 VI 中有所描述。

阶段 V：肌肉激活的最大自主收缩 (MVC) 测量 在执行工作任务时，肌肉激活水平因肌肉和受试者而异。 一种常见的方法是通过测量等距最大自主收缩 (MVC) 来使每个参与者的每块肌肉的肌电活动正常化。 在这项研究中，研究人员将在实际工作任务开始前测量 11 个 MVC。 我们的 MVC 测试将基于对躯干肌肉的研究。 在 MVC 测量之前，参与者将被要求进行 5 项伸展运动来热身： (a) 双脚分开与肩同宽站立。 将他的手放在臀部上以获得支撑。 向上看，慢慢向后倾斜。 保持他的双腿结实。 (b) 站直，双脚分开与肩同宽。 将一只手放在他的臀部上以获得支撑。 向上看并慢慢向后倾斜。 伸出另一只手。 在腰部旋转上半身。 (c) 单脚跪下。 将他的手放在他的臀部上。 向前推动臀部。 如有必要，请抓住某物以保持平衡。 (d) 站直，双脚分开与肩同宽。 双臂交叉，双手放在肩膀上。 慢慢地将他的肩膀转向一侧。 要增加此拉伸的强度，请用双手帮助侧身旋转。 (e) 四肢跪下。 用一只手支撑自己，另一只手伸向脚踝。 保持他的背部与地面平行。 保持背部挺直，与地面平行，大腿处于垂直位置。 将他的体重均匀地分布在双手和膝盖上。 热身后，将进行 MVC 测试，其中包括 (1) 上躯干屈曲：受试者将处于仰卧起坐姿势，位于长凳上，双腿弯曲，双脚用皮带绑住。 然后，他将尝试在矢状面上弯曲上躯干，而她的胸部将由实验者手动支撑； (2) 上躯干扭转（R 和 L）：在相同的坐姿支撑位置，受试者将尝试在水平面内扭转上躯干，同时他的胸部将由实验者手动支撑；（3）下躯干屈曲：受试者将尝试在矢状面上弯曲下躯干，同时他将处于仰卧姿势，但膝盖和臀部都弯曲到大约 90 度。 他的胸部将被皮带绑住，他的腿将由实验者手动支撑； (4) 下躯干扭转（R 和 L）：在相同的卧位和支撑位置，受试者将尝试在水平面内扭转下躯干，同时他的腿将由实验者手动支撑；（5）上躯干弯曲（R 和 L）：受试者将尝试在额状面上侧弯上躯干，同时他将处于侧卧位置，膝盖弯曲并用皮带绑住，胸部和手臂将由手动支撑实验者； (6) 下躯干弯曲：受试者将保持左右侧桥位置，同时实验者将最大程度地抵抗骨盆向下压力；(7) 上躯干伸展：受试者将被绑在俯卧位，用躯干水平悬臂在长凳末端（Biering-Sorensen 位置）。 然后，他将尝试在矢状面上伸展上躯干并缩回肩部（将肩胛骨挤压在一起），同时实验者将在肩部施加手动阻力； (8) 躯干下部伸展：在俯卧位时，受试者将尝试伸展下部躯干和臀部以抵抗手动阻力，躯干在长凳上，双腿水平悬臂在长凳末端； (9) 肩部旋转和内收（R 和 L）：受试者将尝试在肩部外展和肘部弯曲的情况下内收和内旋肩部以抵抗手动阻力，两者均达到 90 度。 此外，将在站立时进行两次无阻力最大腹部收缩； (10) 最大努力腹部凹陷：受试者将在收紧下腹部时尝试最大限度地激活深层腹部肌肉； (11) 最大努力腹部支撑：受试者将尝试最大程度地激活所有腹壁而不改变肌肉的位置。 在所有 MVC 测试中，参与者将被要求每五秒钟以静态姿势施加最大力量（我们的研究人员将给出说明）。 在前两秒，他们将被要求增加到最大并在接下来的三秒内保持力量。 MVC 将针对每个肌肉群至少测试两次。

第六阶段：模拟建筑工作任务中的数据收集 将记录参与者在执行六种不同强度的模拟混凝土工作任务（即铲土、框架、搬运和提升建筑材料、锤击和绑钢筋）时的姿势数据。 他们将举起、搬运、铲起和持有的材料不会超过 NIOSH 规定的 30 磅安全限制。 参与者将穿着不同的 BSE 与不佩戴不同的 BSE 来执行任务。 在分析运动捕捉和惯性传感器数据时，将对任务试验进行视频记录以进行视觉对应。 参与者将在任务之间获得两分钟的休息时间，在试验之间获得三十秒的休息时间。 每个工作任务中的任务条件顺序将是随机的。

• 任务 1：将建筑材料从位置 A 铲运到 B。A 和 B 之间的距离将设置为 0.5m，均位于地面。 参与者将被要求铲起三种不同重量的建筑材料（即泥土、水泥和砾石）。 参与者将被要求以高频率（每分钟 15 勺）铲土。
• 任务 2：使用电动螺丝刀构建 30 英寸的墙。 框架将放置在地板上，而不是高架表面（28 英寸高）。 参与者将被要求使用电动螺丝刀将螺钉拧入和拧出框架。
• 任务 3：在每次试验中携带不同重量的建筑材料（即木框架和管道）长达 10 米。 携带物品的最大重量不会超过 30 磅。
• 任务 4：吊装不同重量的建筑材料。 相同的材料将用作承载任务。
• 任务 5：使用不同重量（即 0、6、12、16 和 20 磅）的大锤敲击位于地面、18 英寸高和 36 英寸高的出气筒。
• 任务 6：将钢筋绑在位于不同高度水平（即 0"、50"）的框架网格中。

任务和强度水平被选择为多样化但可重现（就身体姿势而言）并且类似于具体工作任务中遇到的常见任务。

在完成每项工作任务后，参与者将被要求回答问卷，询问他们对每个外骨骼的经验、可用性和可接受性。

数据收集过程将以移除光学标记和可穿戴传感器结束。 如果需要，将为参与者提供休息时间和茶点，然后提供补偿并填写付款表格。