假肢手指的擬人優(yōu)化設(shè)計(jì)與抓取力研究.pdf

1、從仿生學(xué)的角度設(shè)計(jì)功能、外觀和運(yùn)動(dòng)形態(tài)與人手逼真的擬人型多指假肢手，既能滿足日常生活的操作需求，又能提高使用者的自信，是假手研究領(lǐng)域的重要方向。本文設(shè)計(jì)了一種具有耦合運(yùn)動(dòng)特征和欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取功能的假肢手指機(jī)構(gòu)，并對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使假肢手指具有擬人化的外形與運(yùn)動(dòng)特征。
　　本文首先綜述了假肢手指機(jī)構(gòu)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在總結(jié)各種手指機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合人手指的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，基于彈性元件和耦合連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種兼

2、具人手指耦合運(yùn)動(dòng)特征與自適應(yīng)抓取功能的欠驅(qū)動(dòng)假肢手指，并對(duì)手指機(jī)構(gòu)在自然彎曲運(yùn)動(dòng)和自適應(yīng)抓取過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析與仿真驗(yàn)證。
　　手指運(yùn)動(dòng)生理特征的研究表明，人手指在自然屈伸過(guò)程中，由于肌腱的連接拉伸作用，三個(gè)指節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度呈一定的耦合關(guān)系，指尖跟隨固定的運(yùn)動(dòng)軌跡?；谶@個(gè)特點(diǎn)，本文采用數(shù)據(jù)手套對(duì)手指自然運(yùn)動(dòng)過(guò)程中三個(gè)指節(jié)的角度數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集分析與數(shù)學(xué)關(guān)系擬合。以此作為優(yōu)化目標(biāo)，選取復(fù)合形優(yōu)化算法完成了手指機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，

3、使欠驅(qū)動(dòng)假肢手指具備擬人的運(yùn)動(dòng)特征以及更大的運(yùn)動(dòng)空間。
　　針對(duì)手指機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用虛功原理建立了假肢手指在各種抓取情形下的靜力學(xué)模型，并采用Adams驗(yàn)證了它的正確性。在此基礎(chǔ)上，分析了驅(qū)動(dòng)力矩、彈性元件剛度與各指節(jié)抓取力之間的關(guān)系，研究了假肢手指在變位姿抓握時(shí)的抓握區(qū)域以及不同抓取區(qū)域內(nèi)的抓取力特征，為實(shí)現(xiàn)假肢手的穩(wěn)定抓取功能作了初步的探討。
　　最后，根據(jù)加工的假肢手指搭建了物理試驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行了假肢手指的自然彎曲