21、外骨骼手部设计与优化：从理论到实践

外骨骼手部设计与优化：从理论到实践

1. 手部特征与外骨骼拓扑结构

在设计外骨骼手部时，首先需要明确手部各相关部分的尺寸和关节的活动范围。不同大小的手，其各手指节段长度有所不同，具体如下表所示：
| 手指 | 节段 | 最小长度 (cm) | 平均长度 (cm) | 最大长度 (cm) |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 拇指 | 掌骨 | 3.834 | 4.622 | 5.410 |
| 拇指 | 近节指骨 | 2.531 | 3.157 | 3.783 |
| 拇指 | 远节指骨 | 1.847 | 2.167 | 2.487 |
| 食指 | 近节指骨 | 2.990 | 3.978 | 4.966 |
| 食指 | 中节指骨 | 1.736 | 2.238 | 2.740 |
| 食指 | 远节指骨 | 1.130 | 1.582 | 2.034 |
| 无名指 | 近节指骨 | 3.363 | 4.137 | 4.911 |
| 无名指 | 中节指骨 | 1.907 | 2.565 | 3.223 |
| 无名指 | 远节指骨 | 1.286 | 1.730 | 2.174 |

各关节在屈伸（F/E）方向的活动范围如下表：
| 手指 | 关节 | 活动范围 (°) |
| ---- | ---- | ---- |
| 拇指 | 腕掌关节 | 56 |
| 拇指 | 掌指关节 | 73 |
| 拇指 | 指间关节 | 85 |
| 手指 | 掌指关节 | 100 |