肌肉骨骼疾病（MSDs）是指由于暴露于过度劳累和重复性运动等物理风险因素而产生的一组状况（职业安全与健康管理局，2023年）。2018年，制造业领域共有38,640起涉及MSDs的伤害和疾病（劳工统计局，2020年）。其中，14.9%的MSDs与肩部有关（劳工统计局，2018年）。根据国家安全委员会2023年的数据，肩部受伤的平均工伤赔偿费用为51,750美元，包括医疗费用和赔偿金（国家安全委员会，2024年）。因此，识别预防MSDs的工具和策略对于改善工人和组织健康至关重要。
外骨骼是一种可穿戴的机械装置，旨在增强人类的力量和耐力。被动式外骨骼不使用执行器，而是利用材料、弹簧或阻尼器来储存由人体运动产生的能量，并根据需要支持姿势或动作（de Looze等人，2016年）。研究表明，它们有可能减少工业环境中与MSDs相关的物理风险因素，尤其是在涉及头顶工作和搬运的任务中（De Bock等人，2021年；B?r等人，2021年）。为了提高在工业中的采用率，外骨骼的适配性需要不断改进，以适应更多人群的需求（McFarland和Fischer，2019年）。
可穿戴设备（如外骨骼）的适配性是指人与其直接环境之间的优化，这从服装或使用的设备开始，延伸到他们的工作场所（Stirling等人，2020年）。外骨骼的适配性可以分为静态、动态、准静态和认知三个部分。静态适配性指的是在标准化姿势下人体尺寸与外骨骼之间的对齐情况。静态适配性的关键考虑因素包括人体测量学对齐、几何兼容性（以适应执行特定任务所需的运动范围而不妨碍自然动作），以及调整机制。动态适配性指的是人在执行任务时与所穿戴设备之间的互动，特别是在特定的动态活动中（Stirling等人，2020年；Sposito等人，2021年）。另一方面，准静态适配性适用于需要最小或偶尔运动的任务，即静态和动态的结合，例如头顶装配和钻孔等活动（Madinei等人，2020年；Ojelade等人，2023年）。认知适配性强调使用外骨骼的个体的决策过程，涉及人体信息处理的各个阶段，如体感、执行功能和运动选择（Stirling等人，2020年）。
许多研究集中在评估被动式肩部外骨骼在准静态任务中的应用，例如头顶工作。例如，一些研究表明，被动式肩部外骨骼可将上肢肌肉的激活显著降低29.3%至58.1%（Kong等人，2023年；Ding等人，2024年），特别是在前三角肌和内侧三角肌中（Jonathan和Xiong，2024年）。在提供最高水平支持时，被动式肩部外骨骼还可以减少手臂加速度和肩部运动学变化（Casu等人，2024年），增加肩部的屈曲和外展角度，提升肩部的运动范围，并根据负载条件和位置改善姿势平衡（Park等人，2025年）。主观评估显示，佩戴外骨骼的参与者报告总体NASA-TLX得分为7.2 ± 1.0（满分10分），可用性很高（62%的得分超过80分），并且设备的人体工程学评级也很高（88 ± 12，满分110分）（Capodaglio等人，2024年）。此外，据报道，外骨骼在使用抓握工具进行高于肩部的任务时，不会显著影响准确性、错误率或精确度（Tang等人，2024年）。
在手动物料处理等动态任务中，被动式肩部外骨骼通过多种方式减轻了身体负担。研究表明，它们可将前三角肌的活动减少13%至39%，上斜方肌的活动减少16%至60%，同时降低了感知到的用力程度。此外，它们还有助于在返回休息位置时减少肩部屈曲和外展的偏移量8°至10°，并有助于降低心率和不适感（Schr?der Jakobsen等人，2023年；Musso等人，2024年；Garcia等人，2023年）。然而，Choi等人（2024）发现，在提升和降低任务中，手臂支撑外骨骼对肌肉激活（上斜方肌、前三角肌、二头肌和棘肌）没有统计学上的显著影响。
最近的研究集中在评估被动式肩部外骨骼在认知任务中的应用，特别是比较单任务和双任务的表现。例如，Tyagi等人（2023）报告称，双任务会降低肩部外骨骼的心理有效性及完成时间，同时男性和女性采用了不同的适应策略。这表明使用外骨骼时的感知、生理和神经适应受到任务和性别的影响（Tyagi等人，2023年）。双任务显示，在佩戴被动式肩部外骨骼时，认知工作负荷与错误数量之间存在显著相关性；随着认知工作负荷的增加，错误数量也随之增加（Aziz等人，2023年）。同样，Gr?f等人（2024）指出，外骨骼对参与者在单任务中的速度-准确性管理没有影响，但在执行双任务时确有影响。错误率衡量了认知表现；与对照组相比，被动式肩部外骨骼将错误数量减少了65%。
尽管被动式肩部外骨骼在各种任务中具有优势，但在将其战术性地应用于特定工作、任务和工人方面仍存在挑战，特别是关于不自然的动作、任务调整和适配问题（Marino，2019年）。重要的是，以往的研究主要集中在孤立的物理任务和生物力学结果上，对不同类型任务中外骨骼表现的评估有限。尽管 beberapa 研究提到了静态适配性问题（Pei等人，2025年；Pacifico等人，2020年；Liu等人，2025年），但这些问题尚未得到直接探讨，这强调了本研究的独特性。因此，本研究旨在比较各种被动式肩部外骨骼在制造相关活动中的初始静态、准静态、动态和认知适配性与不使用外骨骼的对照情况。
适配性评估使用了主观和客观指标，包括肌肉骨骼不适表、外骨骼评估表以及通过惯性测量单元（IMUs）测量的手臂平均/峰值高度。我们假设，在相关任务中，使用外骨骼时手臂的平均和峰值高度以及身体部位（尤其是肩部和背部）的不适感会比对照组更高。我们假设在特定适配相关结果（如不适评分和运动范围限制）方面会出现性别差异。
