防護手套活動性能研究進展

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：

為全面評價防護手套的活動性能，定量分析防護手套對手部活動能力造成的影響，更好地促進防護手套的研發，文章回顧了有關防護手套活動性研究的起源。從防護手套、人體、環境三方面歸納了防護手套活動性能的影響因素，并從運動學和動力學兩個層面出發，探討了佩戴防護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，未來應建立防護手套活動性能的綜合評價體系和評價標準，在虛擬現實/增強現實條件下開展防護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手套活動性能影響因素，從而提高活動性能評價準確性。

關鍵詞：

防護手套;活動性;操作靈巧性;觸覺敏銳性;握力

中圖分類號：

TS941.724

文獻標志碼：

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：

國家自然科學基金項目（51906169）;中國博士后科學基金面上項目（2023M033）;中國紡織工業聯合會科技指導性計劃項目（2023020）;蘇州大學人文社會科學研究一般項目（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、觸覺反饋和運動協調等方式執行任務。同時，手可以保護身體的其他部位免受危險。然而，過度或不當使用會引發手的各種功能障礙或病癥。當手部功能受損時，人類身體機能下降程度可達54%。中國產業人口數量龐大、勞動密集、人工作業現象普遍，很多作業需手部操作完成，高強度持續作業易導致手部負荷過重，職業性手損傷現象非常普遍。據不完全統計，手部傷害事故占到了各類工傷事故數量的25%。因此，在眾多工業、醫療、實驗室等場所內要求必須佩戴防護手套以保護雙手免受各種機械（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（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、耐化學腐蝕和絕緣保護等方式為手部提供防護。在設計、制造或選擇合適的防護手套時，需要考慮危險類型、使用工具、任務持續時間及需要保護位置（手掌、手指和前臂）等重要因素。除此之外，

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

防護手套除了能為人體手部提供防護之外，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生負面影響，使工人戴著手套執行任務變得困難。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時間延長，手部活動次數增多，容易出現手部疲勞程度加大與靈活性下降的問題。提升防護手套的活動性不僅可以充分發揮防護作用，還可以提高工作效率、延緩疲勞感的產生、增加反應速度。防護手套活動性能的研究起源于20世紀60年代，Bradley［1］發現當戴著羊毛手套進行作業時，需要更長的時間才能完成任務。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。目前防護手套活動性能評價已經逐漸建立了一些評價標準，如歐洲標準EN ISO 21420：2020《防護手套——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保護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，首先從防護手套、人體和環境三方面歸納其影響因素，其次從運動學和動力學兩個層面出發，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，對防護手套活動性能的評價方法進行歸納總結。以期研究結果對手套的活動性能評價方法完善及功能性設計提供指導。

1? 防護手套活動性能影響因素

1.1? 防護手套層面

防護手套厚度和層數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行研究。手指區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，發現0.83 mm的手套厚度在任務過程中不會對靈巧性產生顯著的負面影響，而手套厚度再進一步增加時，靈巧性會受到顯著影響。Nelson等［9］研究發現，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］研究發現，戴多層防護手套會降低手的觸覺靈敏度。此外，他們還對不同設計和層數組合的手套進行了評價，結果表明各區域層的類型、排列和厚度也對防護手套的活動性能有著很大影響。

防護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。研究發現盡管材料較厚，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生的負面影響最小，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］研究發現，手套掌區所使用的保護層材料的剛度和可壓縮性對扭矩強度有重要影響。

此外，Zhao等［15］指出手套款式結構也是靈巧性的影響因素之一。同時，防護手套的尺寸也是影響其活動性能的主要因素之一。Moore等［13］使用乳膠手套進行普渡釘板測試，發現佩戴錯誤尺寸的手套會對靈巧度產生負面影響。Kovacs等［16］研究發現，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，相較于經驗豐富的外科醫生而言，學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，為了準確反映釘板測試結果，建議測驗招募的受試者都應該具有相同的經驗水平，這是手套活動性能測試中應該考慮的重要因素。

同時，手部運動的持續時間、重復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生影響。受試者進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控制其身體的姿勢不變。測量過程中對受試者的表現進行視覺反饋或口頭鼓勵也會對受試者所施加的力產生影響。此外，扭矩強度受到特定任務的背景、任務執行的具體方法和工具手柄的性質差異影響。

1.3? 環境層面

Tian等［18］研究了航天手套在低溫環境下的靈巧性，發現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，研究表明環境溫度對手部靈巧性有影響。Zander等［20］研究發現，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，防護手套、人體和環境三個層面都會對佩戴手套時的手部活動性能產生影響，通過綜合考慮上述因素對防護手套活動性能的影響，并不斷進行手套材質和設計的創新和改進，可以提高防護手套的活動性能，從而為工人提供更好的保護和舒適性。

2? 防護手套活動性能評價方法

基于運動生物力學的基本原理，本文分別從運動學和動力學兩層面闡述防護手套活動性能的評價方法。利用運動學指標描述手部運動的規律，評價穿戴手套后手部的可活動性;利用動力學指標解釋手部運動規律的機制，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? 運動學層面

佩戴手套后，手部在空間內的運動能力會受到影響，為此采用運動學層面的測評可以獲取手部活動規律的表象特征，進而對防護手套的活動性能進行評價。防護手套運動學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

手指的掌指關節、近端指間關節和遠端指間關節的活動范圍分別為19°～71°、23°～87°和10°～64°，手腕復雜的關節使其能夠進行屈伸運動和尺側、橈側偏離等活動。手指和手腕的活動范圍是指在關節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研究。根據表1中測試設備的類型可以將手指和手腕活動范圍的測試分為靜態和動態測試。其中，靜態測試時利用測角儀或數碼相機，記錄手指或腕部至最大活動狀態時的靜態指間角度或腕關節角度;動態測試時利用攝影機對手部的連續作業進行動態跟蹤，除了記錄關節姿勢外，還可以通過視頻處理軟件建立運動坐標，從而量化關節運動角度。動態測試在測試手指和手腕活動范圍時擁有可靠性強、重復性良好的優點，與靜態測試相比，動態測試較靜態測試更能反映實際的連續運動狀態。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］設計了遠程觸覺虛擬系統，可以用于遠程評估手部的活動范圍。該系統通過連接兩個觸覺設備（主設備和從設備），實現主從設備之間的雙向交互。受試者將手放入與設備相連的輔助矯形器中移動手指，測試者可以通過與主設備相連接的假手遠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，已經建立了部分相關測試標準，如BS 8469：2007《消防用個人防護設備——人類工效學性能和兼容性評估——要求和試驗方法》要求在規定動作（如放置釘子到釘板內）中比較佩戴手套狀態和裸手狀態下手部的操作靈巧性;EN ISO 21420中描述了防護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（美國國家消防協會（NFPA）消防手套標準中使用）、明尼蘇達手靈巧度測試、OConnor靈巧度測試、賓夕法尼亞州雙手工作樣本組裝測試、繩索打結測試、滑車操縱等多項手部動作模擬測試，實現對手部操作靈巧性的評估。其中，明尼蘇達手靈巧度測試要求受試者從測試板孔內拿取圓柱棋，左右手各拿起一個，同時翻轉并放入測試板的孔內［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，更適用于一般防護手套的靈巧性評價，但其主要用于評價手指執行復雜任務的靈巧性，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。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定時間內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生負面影響［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準化的測試流程，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，將不同直徑的細絲壓入受試者的手指，當細絲開始彎曲時，停止施加壓力并詢問受試者是否有接觸感。測試從最細的單絲開始，然后逐漸增加細絲的直徑，直到受試者反饋產生了接觸感，再同步記錄細絲的直徑。該測試的局限性在于按壓不同直徑細絲的壓力不同，無法控制與細絲接觸的力。Yu等［36］運用單絲測試評估手的觸覺敏銳性，研究發現粗絲較細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力度不同來辨別測試點的數量，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。而其他研究發現，手套會對兩點位置辨別的最小距離產生負面影響。Bidoki等［11］使用游標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量，記錄受試者感受到兩個尖端的最小距離。研究發現，佩戴手套會降低手的空間感知覺，且手指的力量感知覺優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物和圖片的錯誤率，進而實現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內正確識別的字符總數作為評價標尺。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定直徑管件的時間。此外，Mylon等［42］基于3D打印技術設計了用于紋理感知覺評估的刺激材料。用3D打印機將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致不同的試驗結果。Gnaneswaran等［8］進行了類似的試驗，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量。

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

2.2? 動力學層面

佩戴手套后，手部需要更大程度地調動肌肉系統以滿足活動需求，進而產生一系列的動力學響應。因此，可借助佩戴手套后的肌肉功能狀態來探究手部應對防護手套的動力學響應機制，并評價防護手套的活動性能。防護手套動力學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同作用。因此，握力被視為評價手部力量的代表性指標。握力作業在航天及地面活動的應用極為廣泛。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到且較長時間保持手部不易產生疲勞的握力值。Park等［45］探究了機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，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性。相較于傳統的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一步驗證。

ISO 15383—2001《消防員用防護手套——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，規定戴手套與裸手的拉重力比不應小于80%。此外，針對手套的握力代表性研究（表3），可以看出，進行握力評價時，大多數研究選擇最大握力作

為測試指標，同時由于很多握力作業需要次最大握力的參與，因此少數研究也將次最大握力作為評價指標［47］。次最大握力往往由任務本身決定，受試者需要保持低于最大握力的力，但是如果無法準確施加次最大握力，試驗結果易偏離預期的結果。研究表明，手套會對最大握力和次最大握力產生負面影響?？紤]到維持最大握力的測量時間為3 s，因此如果進行少次測量，在兩次最大握力的測試中間應至少有30 s的休息時間;如果進行重復測量，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下進行試驗。

2.2.2? 扭? 矩

扭矩是使物體發生轉動的一種特殊的力矩。與手套會對握力產生負面影響不同，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，發現佩戴手套旋轉小旋鈕時扭矩較裸手時降低，旋轉大旋鈕時則相反。

關于手套扭矩的相關研究如表4所示。扭矩傳感器是這些研究中常用于測量扭矩強度的設備，稱重傳感器和應變計也有少量應用。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任務包括使用螺絲刀、扳手等手動工具，擰動摩托車油門，轉動汽車方向盤，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現戴手套提高了扭矩。Mcgorry［53］設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手套的扭矩能力。Shih等［51］提出手柄作為人實現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，進而準確評價防護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（生物力學方法）或肌肉激活和疲勞（生理學方法）。在進行電生理測量之前，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，并且詳細總結了電極的放置位置。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據采集系統進行記錄和分析。

Mittal等［54］和Kovacs等［16］使用肌電圖測量肌肉激活水平，研究結果表明，佩戴手套對肌肉活動水平沒有顯著影響。然而，Wells等［6］和Dianat等［25］研究發現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，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，結果表示戴手套和增加手套厚度比裸手更容易導致疲勞。此外，陳守平等［2］使用疲勞計測出戴手套比裸手更易產生疲勞。

肌電圖測量可以提供內部肌肉負荷和疲勞信息，并進行動態測量，此外其也具備安全、簡單、無創的特點。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生機械干擾，在評估手套活動性時（表5），將電極均放置于手臂肌肉，少數還涉及胸部與背部肌肉。

3? 結? 語

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

學和動力學兩個層面出發，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手套活動性能的評價方法。防護手套活動性能研究體

現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—環境”的系統評價方法。在今后的研究中，應全面考慮防護手套使用的實際任務類型及使用時間，建立完善的防護手套活動性能評價體系。

1） 建立防護手套活動性能的綜合評價體系和評價標準。隨著對作業裝備安全和舒適性要求的不斷提高，防護手套活動性能的評價方法和相關標準也在不斷發展。目前針對防護手套的操作靈巧性和握力評價研究方法已經成熟，并且已經建立了相關測試標準，如BS 8469、EN ISO 21420和ISO 15383—2001，然而其他幾項活動性能的標準建設工作相對空白。此外，防護手套活動性能的影響因素較多，需對影響防護手套活動性能的各因素進行綜合研究。多源信息融合的本質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。基于多源信息融合的可靠性綜合評價方法，實現對防護手套的活動性能進行全面、客觀的綜合評價，同時建立手套活動性能的綜合評價體系，并完善相關測試標準。

2） 虛擬現實/增強現實仿真條件下防護手套的評價研究?；谔摂M現實/增強現實技術，開發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。通過建立模型，模擬手套與外界環境的交互過程，評估防護手套在不同作業任務中的活動性能。將虛擬現實/增強現實技術與防護手套活動性能評價相結合可提高評價效率和準確性。這些進展將為未來防護手套的研發和改進提供指導和創新的方向。

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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