假肢手指的擬人優(yōu)化設(shè)計與抓取力研究.pdf

1、從仿生學的角度設(shè)計功能、外觀和運動形態(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)計了一種具有耦合運動特征和欠驅(qū)動自適應抓取功能的假肢手指機構(gòu)，并對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，使假肢手指具有擬人化的外形與運動特征。
　　本文首先綜述了假肢手指機構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在總結(jié)各種手指機構(gòu)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，結(jié)合人手指的結(jié)構(gòu)與運動特點，基于彈性元件和耦合連桿機構(gòu)設(shè)計了一種兼

2、具人手指耦合運動特征與自適應抓取功能的欠驅(qū)動假肢手指，并對手指機構(gòu)在自然彎曲運動和自適應抓取過程中的運動學進行了分析與仿真驗證。
　　手指運動生理特征的研究表明，人手指在自然屈伸過程中，由于肌腱的連接拉伸作用，三個指節(jié)的運動角度呈一定的耦合關(guān)系，指尖跟隨固定的運動軌跡。基于這個特點，本文采用數(shù)據(jù)手套對手指自然運動過程中三個指節(jié)的角度數(shù)據(jù)進行了采集分析與數(shù)學關(guān)系擬合。以此作為優(yōu)化目標，選取復合形優(yōu)化算法完成了手指機構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，

3、使欠驅(qū)動假肢手指具備擬人的運動特征以及更大的運動空間。
　　針對手指機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，運用虛功原理建立了假肢手指在各種抓取情形下的靜力學模型，并采用Adams驗證了它的正確性。在此基礎(chǔ)上，分析了驅(qū)動力矩、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平臺，并進行了假肢手指的自然彎曲