18、手部外骨骼系统：技术进展与挑战

手部外骨骼系统：技术进展与挑战

1 手部外骨骼系统介绍

手部外骨骼系统是一种可穿戴设备，旨在辅助、康复或增强手部功能。近年来，随着科技的发展，各种类型的手部外骨骼系统不断涌现，应用领域也日益广泛。这些系统的设计和功能各不相同，以满足不同用户的需求。

2 手部外骨骼系统分类及特点

2.1 动力增强型外骨骼

• Tadano 等人的设计 ：Tadano 等人开发了一款 10 自由度的手部外骨骼，由气动人工橡胶肌肉（PARM）驱动，用于力量放大。每个手指使用一个 PARM 控制掌指关节（MCP）的屈伸，另一个控制近端指间关节（PIP）和远端指间关节（DIP）的双关节屈伸。拇指采用电缆和滑轮系统控制掌腕关节（CMC）的外展/内收，以及一个 PARM 控制 MCP 和指间关节（IP）的双关节屈伸。该系统具有刚性关节，并非软手套，其关节旋转与手指不完全对齐，但附着点有被动公差以适应。此外，PARMs、电缆和滑轮以及“气球型”力传感器在手部不含电子元件，使系统（不包括远程压力传感器和伺服阀）具有防水功能，还可作为辅助外骨骼使用。
• Matheson 等人的设计 ：Matheson 和 Brooker 基于相同设计原则开发了两款用于舱外活动（EVA）手套的增强型手部外骨骼。每个外骨骼通过气动肌肉致动器为四个手指的伸展提供动力。第一个原型的屈曲依靠构成柔性外骨骼结构的弹性复合材料的初始状态实现，但测试中出现了材料疲劳和活动范围（ROM）不佳的问题。第二个原型使用扭转弹簧，耦合 PIP 和 DIP 的屈伸，通过使用第二个气动肌肉致动器减少伸展耦合，并且关节轴与手部略