防護(hù)手套活動性能研究進(jìn)展

蘇冰冰 何佳臻 陳忠偉 何愛芳 陳雁

Research progress on the mobility performance of protective gloves

摘要：

為全面評價防護(hù)手套的活動性能，定量分析防護(hù)手套對手部活動能力造成的影響，更好地促進(jìn)防護(hù)手套的研發(fā)，文章回顧了有關(guān)防護(hù)手套活動性研究的起源。從防護(hù)手套、人體、環(huán)境三方面歸納了防護(hù)手套活動性能的影響因素，并從運動學(xué)和動力學(xué)兩個層面出發(fā)，探討了佩戴防護(hù)手套時手指和手腕活動范圍、操作靈巧性、觸覺敏銳性、握力、扭矩、肌肉活動和疲勞六個方面的活動性能評價方法。最后提出，未來應(yīng)建立防護(hù)手套活動性能的綜合評價體系和評價標(biāo)準(zhǔn)，在虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實條件下開展防護(hù)手套活動性能的評價研究，模擬真實工況條件以全面揭示防護(hù)手套活動性能影響因素，從而提高活動性能評價準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：

防護(hù)手套;活動性;操作靈巧性;觸覺敏銳性;握力

中圖分類號：

TS941.724

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A

文章編號： 1001-7003（2024）06-0069-10

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2024.06-.008

收稿日期：

20230923;

修回日期：

20240422

基金項目：

國家自然科學(xué)基金項目（51906169）;中國博士后科學(xué)基金面上項目（2023M033）;中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技指導(dǎo)性計劃項目（2023020）;蘇州大學(xué)人文社會科學(xué)研究一般項目（23XM1009）

作者簡介：

蘇冰冰（1999），女，碩士研究生，研究方向為功能服裝設(shè)計與性能評價。通信作者：何佳臻，副教授，jzhe@suda.edu.cn。

手是人類最重要、最靈巧的運動器官，其主要通過抓握、運用手部肌肉力量及手部運動、觸覺反饋和運動協(xié)調(diào)等方式執(zhí)行任務(wù)。同時，手可以保護(hù)身體的其他部位免受危險。然而，過度或不當(dāng)使用會引發(fā)手的各種功能障礙或病癥。當(dāng)手部功能受損時，人類身體機(jī)能下降程度可達(dá)54%。中國產(chǎn)業(yè)人口數(shù)量龐大、勞動密集、人工作業(yè)現(xiàn)象普遍，很多作業(yè)需手部操作完成，高強(qiáng)度持續(xù)作業(yè)易導(dǎo)致手部負(fù)荷過重，職業(yè)性手損傷現(xiàn)象非常普遍。據(jù)不完全統(tǒng)計，手部傷害事故占到了各類工傷事故數(shù)量的25%。因此，在眾多工業(yè)、醫(yī)療、實驗室等場所內(nèi)要求必須佩戴防護(hù)手套以保護(hù)雙手免受各種機(jī)械（磨損、擠壓、切割、斷裂、穿刺等）、溫度（冷表面和熱表面）、輻射（紫外線、紅外線、X射線、伽馬射線等）、化學(xué)（腐蝕性、刺激物、增敏劑等）、生物（感染性病原體）和電氣危害等。

目前市場上的防護(hù)手套有乳膠手套、丁腈（Nitrile）手套和絕緣手套等類型，其旨在通過防止交叉感染、耐化學(xué)腐蝕和絕緣保護(hù)等方式為手部提供防護(hù)。在設(shè)計、制造或選擇合適的防護(hù)手套時，需要考慮危險類型、使用工具、任務(wù)持續(xù)時間及需要保護(hù)位置（手掌、手指和前臂）等重要因素。除此之外，

還需考慮防護(hù)手套的材料類型，如耐熱皮革、防水油布、聚氯乙烯、尼龍等;而手套厚度應(yīng)根據(jù)所需的防護(hù)水平來選擇，如在處理較高電壓時，需要佩戴較厚的絕緣防護(hù)手套。

防護(hù)手套除了能為人體手部提供防護(hù)之外，所存在的主要問題之一在于其會對手部的靈巧性和握力等活動性能產(chǎn)生負(fù)面影響，使工人戴著手套執(zhí)行任務(wù)變得困難。由于手套對活動性能的阻礙作用，人們往往更喜歡裸手工作。如消防手套較厚、尺寸較寬松，隨著消防員戴手套作業(yè)時間延長，手部活動次數(shù)增多，容易出現(xiàn)手部疲勞程度加大與靈活性下降的問題。提升防護(hù)手套的活動性不僅可以充分發(fā)揮防護(hù)作用，還可以提高工作效率、延緩疲勞感的產(chǎn)生、增加反應(yīng)速度。防護(hù)手套活動性能的研究起源于20世紀(jì)60年代，Bradley［1］發(fā)現(xiàn)當(dāng)戴著羊毛手套進(jìn)行作業(yè)時，需要更長的時間才能完成任務(wù)。陳守平等［2］分析了航空航天手套活動性能的表征方法，得出可以用握力表征力量、以主觀疲勞和行為下降表征疲勞、以形狀感知表征觸覺。韓龍柱等［3］測試評價了航空航天手套的活動性能，得出溫度對航空航天手套活動性能影響顯著，且在15.6℃時活動性較佳。目前防護(hù)手套活動性能評價已經(jīng)逐漸建立了一些評價標(biāo)準(zhǔn)，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 21420：2020《防護(hù)手套——一般要求和測試方法（Protective gloves-General requirements and test methods）》提供了用于測試手套靈巧性能的方法，以確保手套在提供適當(dāng)保護(hù)的同時也能保持手部的活動性能和舒適性。

本文圍繞手套的活動性能，首先從防護(hù)手套、人體和環(huán)境三方面歸納其影響因素，其次從運動學(xué)和動力學(xué)兩個層面出發(fā)，針對手指和手腕活動范圍、操作靈巧性、觸覺敏銳性、握力、扭矩、肌肉活動和疲勞六個方面，對防護(hù)手套活動性能的評價方法進(jìn)行歸納總結(jié)。以期研究結(jié)果對手套的活動性能評價方法完善及功能性設(shè)計提供指導(dǎo)。

1? 防護(hù)手套活動性能影響因素

1.1? 防護(hù)手套層面

防護(hù)手套厚度和層數(shù)是其活動性能的主要影響因素之一［4-6］。Yao等［7］從手部靈巧性和手掌、手指的分布式振動傳遞性兩方面對防振手套的綜合性能進(jìn)行研究。手指區(qū)域的材料厚度對活動性能有顯著影響，隨著手套厚度的增加，手套的活動性能幾乎呈線性下降。Gnaneswaran等［8］研究了乳膠手套厚度對靈巧性的影響，讓受試者用剪刀沿線剪紙，發(fā)現(xiàn)0.83 mm的手套厚度在任務(wù)過程中不會對靈巧性產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響，而手套厚度再進(jìn)一步增加時，靈巧性會受到顯著影響。Nelson等［9］研究發(fā)現(xiàn)，增厚的手套會降低手的觸覺敏感度。Torrens等［10］研究表明，只有戴厚手套或兩層手套時，靈巧性才會受到顯著影響。Bidoki等［11］研究發(fā)現(xiàn)，戴多層防護(hù)手套會降低手的觸覺靈敏度。此外，他們還對不同設(shè)計和層數(shù)組合的手套進(jìn)行了評價，結(jié)果表明各區(qū)域?qū)拥念愋?、排列和厚度也對防護(hù)手套的活動性能有著很大影響。

防護(hù)手套材料也是影響其活動性能的主要因素之一。Sawyer等［12］采用普渡釘板測試，測試丁腈手套和乳膠手套兩種手套的靈巧度水平。研究發(fā)現(xiàn)盡管材料較厚，但與丁腈手套相比，乳膠手套的手指靈巧度高出8.6%。還有研究表明，乳膠手套對最大握力產(chǎn)生的負(fù)面影響最小，沒有顯著影響［13］;而由橡膠制成的航天手套的影響最大，最大握力降低65%［14］。Bidoki等［11］研究發(fā)現(xiàn)，手套掌區(qū)所使用的保護(hù)層材料的剛度和可壓縮性對扭矩強(qiáng)度有重要影響。

此外，Zhao等［15］指出手套款式結(jié)構(gòu)也是靈巧性的影響因素之一。同時，防護(hù)手套的尺寸也是影響其活動性能的主要因素之一。Moore等［13］使用乳膠手套進(jìn)行普渡釘板測試，發(fā)現(xiàn)佩戴錯誤尺寸的手套會對靈巧度產(chǎn)生負(fù)面影響。Kovacs等［16］研究發(fā)現(xiàn)，不合適的手套會降低手的握力。

1.2? 人體層面

Francis等［17］證明了專業(yè)人員所擁有的技能熟練程度是手套靈巧性的影響因素之一。在釘板測試中，相較于經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)生而言，學(xué)生佩戴手套時完成測試過程中掉落下的釘子更多，靈巧性下降。為此，為了準(zhǔn)確反映釘板測試結(jié)果，建議測驗招募的受試者都應(yīng)該具有相同的經(jīng)驗水平，這是手套活動性能測試中應(yīng)該考慮的重要因素。

同時，手部運動的持續(xù)時間、重復(fù)運動的間隔休息時間和身體位置或姿勢等因素都會對握力的測量產(chǎn)生影響。受試者進(jìn)行測量時所采取的姿勢會影響手部力量的測量，因此在評估過程中應(yīng)控制其身體的姿勢不變。測量過程中對受試者的表現(xiàn)進(jìn)行視覺反饋或口頭鼓勵也會對受試者所施加的力產(chǎn)生影響。此外，扭矩強(qiáng)度受到特定任務(wù)的背景、任務(wù)執(zhí)行的具體方法和工具手柄的性質(zhì)差異影響。

1.3? 環(huán)境層面

Tian等［18］研究了航天手套在低溫環(huán)境下的靈巧性，發(fā)現(xiàn)靈巧性隨溫度降低而下降。Orysiak等［19］在三種不同溫度下評價手部靈巧性，研究表明環(huán)境溫度對手部靈巧性有影響。Zander等［20］研究發(fā)現(xiàn)，在低壓下溫度對手的靈巧性沒有影響，但在高壓下溫度對手的靈巧性產(chǎn)生影響。丁立等［21］研究表明，有壓時握力是無壓時的70%左右。

整體而言，防護(hù)手套、人體和環(huán)境三個層面都會對佩戴手套時的手部活動性能產(chǎn)生影響，通過綜合考慮上述因素對防護(hù)手套活動性能的影響，并不斷進(jìn)行手套材質(zhì)和設(shè)計的創(chuàng)新和改進(jìn)，可以提高防護(hù)手套的活動性能，從而為工人提供更好的保護(hù)和舒適性。

2? 防護(hù)手套活動性能評價方法

基于運動生物力學(xué)的基本原理，本文分別從運動學(xué)和動力學(xué)兩層面闡述防護(hù)手套活動性能的評價方法。利用運動學(xué)指標(biāo)描述手部運動的規(guī)律，評價穿戴手套后手部的可活動性;利用動力學(xué)指標(biāo)解釋手部運動規(guī)律的機(jī)制，從力的角度探討穿戴手套后手部活動表象的形成原理。

2.1? 運動學(xué)層面

佩戴手套后，手部在空間內(nèi)的運動能力會受到影響，為此采用運動學(xué)層面的測評可以獲取手部活動規(guī)律的表象特征，進(jìn)而對防護(hù)手套的活動性能進(jìn)行評價。防護(hù)手套運動學(xué)層面的測評主要包括手指和手腕活動范圍測評、操作靈巧性測評、觸覺敏銳性測評三部分。

2.1.1? 手指和手腕活動范圍

手指的掌指關(guān)節(jié)、近端指間關(guān)節(jié)和遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)的活動范圍分別為19°～71°、23°～87°和10°～64°，手腕復(fù)雜的關(guān)節(jié)使其能夠進(jìn)行屈伸運動和尺側(cè)、橈側(cè)偏離等活動。手指和手腕的活動范圍是指在關(guān)節(jié)作用下手指和手腕能夠自由活動的角度。表1列出了手指和手腕活動范圍的相關(guān)研究。根據(jù)表1中測試設(shè)備的類型可以將手指和手腕活動范圍的測試分為靜態(tài)和動態(tài)測試。其中，靜態(tài)測試時利用測角儀或數(shù)碼相機(jī)，記錄手指或腕部至最大活動狀態(tài)時的靜態(tài)指間角度或腕關(guān)節(jié)角度;動態(tài)測試時利用攝影機(jī)對手部的連續(xù)作業(yè)進(jìn)行動態(tài)跟蹤，除了記錄關(guān)節(jié)姿勢外，還可以通過視頻處理軟件建立運動坐標(biāo)，從而量化關(guān)節(jié)運動角度。動態(tài)測試在測試手指和手腕活動范圍時擁有可靠性強(qiáng)、重復(fù)性良好的優(yōu)點，與靜態(tài)測試相比，動態(tài)測試較靜態(tài)測試更能反映實際的連續(xù)運動狀態(tài)。有研究指出，與裸手相比，戴手套抑制了手指和手腕的活動范圍［17-22］。此外，Oscari等［22］設(shè)計了遠(yuǎn)程觸覺虛擬系統(tǒng)，可以用于遠(yuǎn)程評估手部的活動范圍。該系統(tǒng)通過連接兩個觸覺設(shè)備（主設(shè)備和從設(shè)備），實現(xiàn)主從設(shè)備之間的雙向交互。受試者將手放入與設(shè)備相連的輔助矯形器中移動手指，測試者可以通過與主設(shè)備相連接的假手遠(yuǎn)程測量受試者手部的活動范圍。

2.1.2? 操作靈巧性

手的靈活性是由手臂、手掌和手指的活動范圍及手掌和手指操作能力決定的運動技能。針對手套的靈巧性測試，已經(jīng)建立了部分相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)，如BS 8469：2007《消防用個人防護(hù)設(shè)備——人類工效學(xué)性能和兼容性評估——要求和試驗方法》要求在規(guī)定動作（如放置釘子到釘板內(nèi)）中比較佩戴手套狀態(tài)和裸手狀態(tài)下手部的操作靈巧性;EN ISO 21420中描述了防護(hù)手套靈巧性的測試方法，佩戴手套拾取五種不同直徑的不銹鋼試棒，規(guī)定所拾取鋼棒直徑不得大于11 mm。此外，很多研究還在致力于豐富和完善靈巧性測試方法，如表2［5，28-34］所示。這些研究通過采用Bennett手動工具靈巧度測試（美國國家消防協(xié)會（NFPA）消防手套標(biāo)準(zhǔn)中使用）、明尼蘇達(dá)手靈巧度測試、OConnor靈巧度測試、賓夕法尼亞州雙手工作樣本組裝測試、繩索打結(jié)測試、滑車操縱等多項手部動作模擬測試，實現(xiàn)對手部操作靈巧性的評估。其中，明尼蘇達(dá)手靈巧度測試要求受試者從測試板孔內(nèi)拿取圓柱棋，左右手各拿起一個，同時翻轉(zhuǎn)并放入測試板的孔內(nèi)［28］;克勞福德小零件靈巧性測試［30］需要使用鑷子放置引腳，其適用于評估更為精細(xì)活動的靈巧性。上述測試涉及單手或雙手靈巧性、單根手指或全手靈巧度的測試，其選擇取決于研究的條件和目的。例如，Bennett手動工具靈巧度測試最能用于表征整個手的靈巧度，因為它既涉及精細(xì)手指靈巧性，也涉及全手靈巧度，而且是雙手測試。但該測試所需時間長且螺栓的擰緊程度無法一致。相較于Bennett手動工具靈巧度測試，普渡釘板測試效率高且成本低，更適用于一般防護(hù)手套的靈巧性評價，但其主要用于評價手指執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的靈巧性，而非全手的靈巧性。

由表2可以看出，通常將完成測試所需的時間或者效率作為操作靈巧性的衡量指標(biāo)。然而，由Tiffin等［35］描述的普渡釘板測試旨在通過測量雙手和單手分別在規(guī)定時間內(nèi)可以將多少釘子放入板中來評估總靈巧度。

2.1.3? 觸覺敏銳性

觸覺敏銳性是指通過觸摸感知的方式準(zhǔn)確確定物體的紋理、形狀、大小和方向的能力。實際上，佩戴手套會對觸覺敏銳性產(chǎn)生負(fù)面影響［11，20，36］。觸覺敏銳性測試可分為三種類型，即力量感知覺、空間感知覺和形狀或紋理感知覺。其中，力量感知覺測試和形狀或紋理辨別測試具有標(biāo)準(zhǔn)化的測試流程，且被證實是有效且可靠的。

在力量感知覺方面，單絲測試是最常用的測試方法。這項測試要求受試者蒙上雙眼，將不同直徑的細(xì)絲壓入受試者的手指，當(dāng)細(xì)絲開始彎曲時，停止施加壓力并詢問受試者是否有接觸感。測試從最細(xì)的單絲開始，然后逐漸增加細(xì)絲的直徑，直到受試者反饋產(chǎn)生了接觸感，再同步記錄細(xì)絲的直徑。該測試的局限性在于按壓不同直徑細(xì)絲的壓力不同，無法控制與細(xì)絲接觸的力。Yu等［36］運用單絲測試評估手的觸覺敏銳性，研究發(fā)現(xiàn)粗絲較細(xì)絲需要更大的力使其彎曲。Tiefenthaler等［37］使用Semmes-Weinstein單絲測試，研究了乳膠檢查手套和手術(shù)手套對手的力量感知覺的影響。此外，陳守平等［2］測量了受試者佩戴手套對鋼球質(zhì)量變化的感知，分析了手套對力量感知能力的影響。此外，振動也成了一種觸覺敏銳性評價量化的方法。Carre等［38］使用振動平臺測量佩戴天然乳膠手套時手的觸覺敏銳性，得出與不戴手套相比，戴手套時手的觸感降低。

兩點辨別測試是對空間感知覺的測試，測量同時接觸皮膚的兩點可以彼此區(qū)分的最小距離。但兩點辨別測試無法控制所施加力的大小，為此受試者可能會根據(jù)力度不同來辨別測試點的數(shù)量，從而降低了試驗的有效性。Fry等［39］研究表明，佩戴手套不會妨礙兩個不同點的距離辨識。而其他研究發(fā)現(xiàn)，手套會對兩點位置辨別的最小距離產(chǎn)生負(fù)面影響。Bidoki等［11］使用游標(biāo)卡尺獲得了受試者佩戴手套后的觸覺敏銳性。卡尺的兩端放置于受試者的手掌或手指上，要求受試者感受并識別卡尺的尖端數(shù)量，記錄受試者感受到兩個尖端的最小距離。研究發(fā)現(xiàn)，佩戴手套會降低手的空間感知覺，且手指的力量感知覺優(yōu)于手掌的力量感知覺。

粗糙度判別測試是對形狀或紋理感知覺的測試。該類測試要求參與者識別刺激物的不同凹凸程度或粗糙度。Phillips等［40］研究中讓受試者佩戴眼罩，評估其匹配相同紋理的錯誤率、對齊金屬螺柱面的錯誤率、識別物體的時間及匹配木質(zhì)物和圖片的錯誤率，進(jìn)而實現(xiàn)對手套觸覺敏銳性的評價。Zander等［20］提出了基于改良盲文測試的觸覺敏銳性評價方法，測試過程中受試者必須通過觸摸來感知和識別盲文，記錄4 min內(nèi)正確識別的字符總數(shù)作為評價標(biāo)尺。砂紙感知測試也是粗糙度判別測試的一種。Mylon等［41］研究表明，受試者戴著手套在砂紙上移動時可以感知粗糙度的變化，但在靜態(tài)按壓砂紙時不能分辨砂紙的粗糙程度。Nelson等［9］探究了手套厚度對觸覺感知的影響，測試中要求受試者蒙上眼睛并佩戴不同厚度的手套，分別測量拿起正確粗糙度砂紙的時間和伸手拿取規(guī)定直徑管件的時間。此外，Mylon等［42］基于3D打印技術(shù)設(shè)計了用于紋理感知覺評估的刺激材料。用3D打印機(jī)將100～600 μm的丘疹打印在固定于平板上的柔軟橡膠狀薄片之上，要求受試者用手指觸摸薄片，記錄可識別的丘疹尺寸。但隨試驗時間的增加，硅膠會變硬，從而難以識別出丘疹，且受試者手指平行或垂直平板觸摸薄片會導(dǎo)致不同的試驗結(jié)果。Gnaneswaran等［8］進(jìn)行了類似的試驗，在海綿塊上用膠水制作了三排印痕，要求受試者蒙上雙眼識別膠點數(shù)量。

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，在觸覺敏銳性評價中研究人員逐漸引入了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。如Dahan等［43］設(shè)計了基于觸覺的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可用于評價力量感知覺和紋理感知覺，并驗證了其與當(dāng)前傳統(tǒng)觸覺敏感性評估的一致性。

2.2? 動力學(xué)層面

佩戴手套后，手部需要更大程度地調(diào)動肌肉系統(tǒng)以滿足活動需求，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的動力學(xué)響應(yīng)。因此，可借助佩戴手套后的肌肉功能狀態(tài)來探究手部應(yīng)對防護(hù)手套的動力學(xué)響應(yīng)機(jī)制，并評價防護(hù)手套的活動性能。防護(hù)手套動力學(xué)層面的測評主要包括握力、扭矩、肌肉活動與疲勞測評三部分。

2.2.1? 握? 力

握力是一種全手參與的動作，它涉及手部所有的手指和

掌骨，各自以不同程度施加力量。相較于手指的捏力和擰力，握力需要更多肌肉群的協(xié)同作用。因此，握力被視為評價手部力量的代表性指標(biāo)。握力作業(yè)在航天及地面活動的應(yīng)用極為廣泛。此外，羅恢育等［44］提出了舒適握力的概念，即特定工況下人體能輕松達(dá)到且較長時間保持手部不易產(chǎn)生疲勞的握力值。Park等［45］探究了機(jī)械感受器在力量控制中的作用及手套對握力的影響。

握力的測量裝置有各種類型的手握式測功機(jī)，Jamar握力計是測量手部力量最常用的工具之一。然而，近年來也開發(fā)了氣壓式（燈泡型）握力計等其他類型的握力計。研究表明，氣壓式握力計在測量手部握力方面具有更高的精準(zhǔn)性。相較于傳統(tǒng)的Jamar握力計，手部較大的人使用氣壓式握力計更加容易和舒適。此外，氣壓式握力計比Jamar握力計更便宜，Appendino等［46］使用氣壓式握力計研究了佩戴航天手套對手部力量的影響，但除此之外很少有其他研究使用這種握力計來測量佩戴手套時的手部力量。因此，氣壓式握力計在手套活動性評估方面的有效性有待進(jìn)一步驗證。

ISO 15383—2001《消防員用防護(hù)手套——實驗室試驗法和性能要求》等級中描述了消防手套握力的測試方法，比較戴手套和裸手拉動干、濕繩索的能力，規(guī)定戴手套與裸手的拉重力比不應(yīng)小于80%。此外，針對手套的握力代表性研究（表3），可以看出，進(jìn)行握力評價時，大多數(shù)研究選擇最大握力作

為測試指標(biāo)，同時由于很多握力作業(yè)需要次最大握力的參與，因此少數(shù)研究也將次最大握力作為評價指標(biāo)［47］。次最大握力往往由任務(wù)本身決定，受試者需要保持低于最大握力的力，但是如果無法準(zhǔn)確施加次最大握力，試驗結(jié)果易偏離預(yù)期的結(jié)果。研究表明，手套會對最大握力和次最大握力產(chǎn)生負(fù)面影響?？紤]到維持最大握力的測量時間為3 s，因此如果進(jìn)行少次測量，在兩次最大握力的測試中間應(yīng)至少有30 s的休息時間;如果進(jìn)行重復(fù)測量，則休息間隔時間必須延長至15 min以上，以避免受試者在疲勞狀態(tài)下進(jìn)行試驗。

2.2.2? 扭? 矩

扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的一種特殊的力矩。與手套會對握力產(chǎn)生負(fù)面影響不同，手套對扭矩的影響尚不確定。Jenkins等［50］研究了佩戴航天手套時的扭矩，發(fā)現(xiàn)佩戴手套旋轉(zhuǎn)小旋鈕時扭矩較裸手時降低，旋轉(zhuǎn)大旋鈕時則相反。

關(guān)于手套扭矩的相關(guān)研究如表4所示。扭矩傳感器是這些研究中常用于測量扭矩強(qiáng)度的設(shè)備，稱重傳感器和應(yīng)變計也有少量應(yīng)用。如Woods等［32］使用稱重傳感器測量佩戴手套使用螺絲刀時的扭矩。

最常見的評估扭矩時的作業(yè)任務(wù)包括使用螺絲刀、扳手等手動工具，擰動摩托車油門，轉(zhuǎn)動汽車方向盤，擰動瓶蓋，操作旋鈕，打開閥門，撥動圓形電連接器［51］。Adams等［52］通過撥動圓形電連接器發(fā)現(xiàn)戴手套提高了扭矩。Mcgorry［53］設(shè)計了一種儀表化的工具手柄來評價手套的扭矩。Bidoki等［11］提出用打開閥門的時間來評價防護(hù)手套的扭矩能力。Shih等［51］提出手柄作為人實現(xiàn)扭矩動作的重要部件，其形狀及尺寸對手套的扭矩能力有影響。

由表4可以看出，測試動作不同，手套對扭矩的影響也會有差異。因此在開展扭矩測試時，需要根據(jù)手套的實際使用條件，盡可能真實地模擬手部的操作動作，進(jìn)而準(zhǔn)確評價防護(hù)手套對手部扭矩的影響。

2.2.3? 肌肉活動和疲勞

EMG信號信息可用于研究力和力矩（生物力學(xué)方法）或肌肉激活和疲勞（生理學(xué)方法）。在進(jìn)行電生理測量之前，需要將電極放置在肌肉上，并將手套穿戴在手上。表5列出了手套對肌肉活動的研究，并且詳細(xì)總結(jié)了電極的放置位置。通過給手部施加一定的刺激，如讓受試者握住物體或揮動手臂，記錄手部肌肉的電位變化。這些信號可以通過放大器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行記錄和分析。

Mittal等［54］和Kovacs等［16］使用肌電圖測量肌肉激活水平，研究結(jié)果表明，佩戴手套對肌肉活動水平?jīng)]有顯著影響。然而，Wells等［6］和Dianat等［25］研究發(fā)現(xiàn)佩戴手套時肌肉活動水平增加。其中，Dianat等［25］利用鉗子綁金屬絲的任務(wù)，研究了手套對手指和手腕的活動性能、觸覺敏銳性、握力、扭矩、肌肉活動和疲勞五個性能的影響，試驗流程如圖1所示。

OHara等［14］使用EMG的中值頻率表征肌肉疲勞，結(jié)果表明手套會引起手指和拇指屈肌及腕屈肌的疲勞。Chang等［58］測試了達(dá)到最大自愿收縮（Maximum Voluntary Contraction，MVC）所需的時間變化和最大耐力時間指數(shù)，結(jié)果表示戴手套和增加手套厚度比裸手更容易導(dǎo)致疲勞。此外，陳守平等［2］使用疲勞計測出戴手套比裸手更易產(chǎn)生疲勞。

肌電圖測量可以提供內(nèi)部肌肉負(fù)荷和疲勞信息，并進(jìn)行動態(tài)測量，此外其也具備安全、簡單、無創(chuàng)的特點。但是需注意，肌電測試所使用的電極通常具有一定的體積，若佩戴手套時將電極直接放置于手掌或手腕處肌肉，則電極會對手部活動產(chǎn)生機(jī)械干擾，在評估手套活動性時（表5），將電極均放置于手臂肌肉，少數(shù)還涉及胸部與背部肌肉。

3? 結(jié)? 語

本文首先介紹了防護(hù)手套的使用場景及其活動性能的重要性，其次闡明了防護(hù)手套活動性能的影響因素，最后從運動

學(xué)和動力學(xué)兩個層面出發(fā)，針對手指和手腕活動范圍、操作靈巧性、觸覺敏銳性、握力、扭矩、肌肉活動和疲勞六個方面分析了防護(hù)手套活動性能的評價方法。防護(hù)手套活動性能研究體

現(xiàn)了以人為本的研究思路，雖然目前已有部分研究，但仍缺乏綜合考慮“人體—服裝—環(huán)境”的系統(tǒng)評價方法。在今后的研究中，應(yīng)全面考慮防護(hù)手套使用的實際任務(wù)類型及使用時間，建立完善的防護(hù)手套活動性能評價體系。

1） 建立防護(hù)手套活動性能的綜合評價體系和評價標(biāo)準(zhǔn)。隨著對作業(yè)裝備安全和舒適性要求的不斷提高，防護(hù)手套活動性能的評價方法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)展。目前針對防護(hù)手套的操作靈巧性和握力評價研究方法已經(jīng)成熟，并且已經(jīng)建立了相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)，如BS 8469、EN ISO 21420和ISO 15383—2001，然而其他幾項活動性能的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作相對空白。此外，防護(hù)手套活動性能的影響因素較多，需對影響防護(hù)手套活動性能的各因素進(jìn)行綜合研究。多源信息融合的本質(zhì)是模擬大腦綜合分析信息的能力，將不同空間或時間獲取的多個來源的不同信息進(jìn)行不同抽象層次的集成，從而得到更精確和可靠的信息或推論?；诙嘣葱畔⑷诤系目煽啃跃C合評價方法，實現(xiàn)對防護(hù)手套的活動性能進(jìn)行全面、客觀的綜合評價，同時建立手套活動性能的綜合評價體系，并完善相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)。

2） 虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實仿真條件下防護(hù)手套的評價研究?；谔摂M現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，開發(fā)能夠仿真受試者手部運動并向其提供沉浸式虛擬仿真場景的仿真系統(tǒng)。通過建立模型，模擬手套與外界環(huán)境的交互過程，評估防護(hù)手套在不同作業(yè)任務(wù)中的活動性能。將虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)與防護(hù)手套活動性能評價相結(jié)合可提高評價效率和準(zhǔn)確性。這些進(jìn)展將為未來防護(hù)手套的研發(fā)和改進(jìn)提供指導(dǎo)和創(chuàng)新的方向。

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Research progress on the mobility performance of protective gloves

ZHANG Chi， WANG Xiangrong

SU Bingbing1， HE Jiazhen1，2， CHEN Zhongwei2， HE Aifang2， CHEN Yan1

（1.College of Textile and Clothing Engineering， Soochow University， Suzhou 215021， China;2.Hengyuanxiang （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200021， China）

Abstract：

To comprehensively evaluate the mobility performance of protective gloves， quantitatively analyze the effects caused by protective gloves on hand mobility， and better promote the research and development of protective gloves， relevant studies on the mobility of protective gloves are reviewed. The research on the mobility performance of protective gloves originated in the 1960s， when researchers found that it took longer to complete tasks when working with wool gloves.

The influencing factors of the activity performance of protective gloves were summarized from three aspects： protective gloves， human body， and environment. In terms of the influence of protective gloves， the thickness， number of layers， and material of protective gloves are the main factors influencing their activity performance. Specifically， with the increase of glove thickness， the activity performance of the gloves decreases almost linearly; latex gloves have the smallest negative impact on the maximum grip strength， with no significant effect， while aerospace gloves made of rubber have the greatest impact， with a 65% reduction in the maximum grip strength. Furthermore， glove style construction and size are also an influence on dexterity， with ill-fitting gloves reducing hand grip strength. In terms of human influence， the subjects experience level is an important factor affecting the glove activity performance. For this reason， the experiment requires that the subjects should all have the same experience level. Also， the duration of the hand movement， the rest time between repetitive motions and the body position or posture are all factors that will have an effect on the grip strength measurements. Additionally， torque strength is influenced by differences in the context of a particular task， the specific method of task performance and the nature of the tool handle. In terms of environmental influences， studies have shown that temperature and air pressure in the environment can have an effect on dexterity.

From the kinematic level， the method of evaluating the activity performance in terms of the range of motion of fingers and wrists， maneuvering dexterity， and tactile acuity in wearing protective gloves was explored. Kinematic indicators were utilized to describe the laws of hand movement and evaluate the mobility of the hand after peoples wearing gloves. The range of motion of the fingers and wrist refers to the angle at which the fingers and wrist can move freely under the action of the joints. And the test method is divided into static and dynamic tests， of which the static test utilizes an electrical goniometer or a digital camera to record the static interphalangeal angle or the angle of the wrist joint when the finger or wrist reaches the maximum activity state; the dynamic test utilizes the camera to dynamically track the hands continuous operation. In addition to recording joint postures， motion coordinates can also be established by video processing software to quantify joint motion angles. The study noted that wearing gloves inhibits the range of motion of the fingers and wrist compared to bare hands. Hand dexterity is a motor skill determined by the range of motion of the arm， palm， and fingers as well as the ability to manipulate the hand and fingers. Hand manipulation dexterity is assessed by using the Bennett Hand Tool Dexterity Test， the Minnesota Hand Dexterity Test， the OConnor Dexterity Test， the Pennsylvania Two Handed Work Sample Assembly Test， and the Rope Knotting Test， skid steer maneuvering， and many other hand movement simulation tests， most of which use the time or efficiency required to complete the test as a measure of operational dexterity. In fact， wearing gloves can negatively affect tactile acuity. Currently， tactile acuity tests are conducted in the areas of force perception， spatial perception， and shape and texture perception.

The evaluation of the kinetic level of protective gloves mainly includes three parts： grip strength， torque， muscle activity and fatigue evaluation. Using kinetic indicators to explain the mechanism of hand movement patterns， the article explored the formation principle of hand activity appearance after people wear gloves from the perspective of force. When conducting grip strength evaluation， most of the studies choose maximal grip strength as the test index， while a few studies also use submaximal grip strength as the evaluation index because many grip strength operations require the participation of submaximal grip strength. Unlike gloves， which can negatively affect grip strength， the effect of gloves on torque is uncertain. The most common operational tasks in evaluating torque include the use of hand tools such as screwdrivers and wrenches， and other types of operational tasks include twisting the throttle of a motorcycle， turning the steering wheel of an automobile， unscrewing a bottle cap， operating a knob， opening a valve， and toggling a round electrical connector. The effect of the glove on torque can vary depending on the action being tested. EMG measurements provide information on internal muscle loading and fatigue with dynamic measurements， in addition to being safe， simple and non-invasive.

Finally， it was proposed that a comprehensive evaluation system and evaluation standards for the mobility performance of protective gloves should be established in the future， and the evaluation of the mobility performance of protective gloves should be carried out in virtual reality/augmented reality to simulate real working conditions， reveal the influencing factors of the mobility performance of protective gloves in a comprehensive way and improve the accuracy of the evaluation of the mobility performance.

Key words：

protective gloves; mobility performance; manual dexterity; tactile sensitivity; grip strength