8、可穿戴手部辅助外骨骼与类人机器人动力学分析

可穿戴手部辅助外骨骼与类人机器人动力学分析

在现代科技的发展中，可穿戴手部辅助外骨骼和类人机器人的研究取得了显著进展。这些技术不仅为人们的生活和工作带来了便利，还为康复治疗和护理等领域提供了新的解决方案。下面将详细介绍可穿戴手部辅助外骨骼的设计与评估，以及类人机器人的动力学建模与分析。

可穿戴手部辅助外骨骼

• 软架构设计 ：采用两根 AISI 304 不锈钢扁平弹簧实现远端指骨的屈伸运动。靠近手指的弹簧固定在近节指骨连杆上，可滑入远节指骨连杆；较远的弹簧两端分别固定在第二连杆和远节指骨连杆上，弹簧本身可滑入近节指骨连杆。通过设计弹簧外壳的几何形状，可确定与指间关节（IP 关节）对应的另一个旋转中心（RCM）。由于 hc 和 hf 在两个连杆中保持不变，弹簧运动被限制为围绕 IP 关节弯曲成圆形。较远的弹簧利用第二连杆和近节指骨连杆的相对运动驱动远节指骨。当刚性架构使手指围绕掌指关节（MCP 关节）弯曲时，近节指骨连杆围绕 O2 旋转，点 A 和 B 之间的距离减小，较远的弹簧滑入近节指骨连杆，另一端推动远节指骨连杆，产生远节指骨围绕 IP 关节的弯曲。弹簧滑动 l 与 IP 关节屈伸角度 θIP 的关系为：$l = \frac{2\pi hf}{360} \theta_{IP}$。另一根弹簧的作用是增加系统的稳定性。这种弹簧配置可实现更广泛的屈伸范围，约为 60° 的弯曲和 10° 的伸展，虽然无法达到完整的 IP 关节活动范围（ROM，约 110°），但对于日常抓握物体的需求来说已经足够。弹簧长度可根据指骨长度和末端执行器（EEs）尺寸进行评估。
• 新拇指模块的初步评估 ：开发了手指模块，