一種功能性的手指假肢

鄒海洋 張洪梅 金晗 孫振興

【摘要】一種功能性手指假肢。采用耦合性自適應欠驅動手指機構，可幫助殘缺手指實現(xiàn)完整手指抓握物體的功能。其結構包括牽引機構和主體結構，在抓取物體過程中能緊密包絡物體提高抓取物體的穩(wěn)定性。

【關鍵詞】手指假肢；耦合性自適應欠驅動手指機構；抓握物體

Abstract： One kind of functional prosthetic finger. Appling the Coupled Underacturated Finger Mechanism， the prosthetic finger can help the disabled fetch objects. The structure of the prosthetic finger includes dragging mechanism and main mechanism. While grabbing an object， the prosthetic finger can envelope the object tightly， improving the stability of grabbing an object.

Key words： prosthetic finger； the Coupled Underacturated Finger Mechanism； grab objects

引言

手指殘疾人士若要安裝功能性假肢，通常要將整個手掌截去，安裝手掌假肢。這無疑是得不償失。因此，研究一種具有一定抓取能力和擬人化特征的手指假肢不僅是廣大殘疾人患者的福音，也具有極高的學術價值。現(xiàn)存的幾種功能性手指假肢，均采用耦合型單自由度手指結構，因此在功能上存在一定的局限性。假手指X-finger采用了該結構，但由于該手指結構只有單自由度，無法如正常手指一樣對被抓對象的形狀和尺寸自適應。

1、X-finger簡介

X-finger是由美國佛羅里達州研制的。整個手指是由三個指節(jié)組成，并用兩個四桿機構相連。兩個四桿機構同時運動，從而確定了指尖的運動軌跡。雖然手指具有重量輕，結構簡單可靠，連接方便，控制靈活等優(yōu)點，但是這個手指只有一個自由度，故指尖的運動軌跡與真實手指的運動軌跡有很大的差別。

2、耦合性自適應欠驅動手指機構

2.1耦合自適應欠驅動手指機構簡介

本發(fā)明為一種實用的康復用具，適用于失去食指、中指、無名指或小指殘疾人。本發(fā)明采用了連桿式的耦合自適應欠驅動手指機構：根據(jù)原生手指的屈伸運動過程設計的連桿與指節(jié)使其在自然屈伸過程中良好地耦合原生手指的運動軌跡；在合適的位置加入欠驅動元件使其抓取物體時根據(jù)物體的表面形狀調(diào)整各指節(jié)間的位置關系，使得各指節(jié)均能與物體緊密貼合，提高了抓取物體的穩(wěn)定性，避免了耦合性單自由度手指機構在抓取物體過程中只能指尖捏抓的缺陷。

2.2耦合自適應欠驅動手指機構工作原理

手指分為牽引機構和主體機構。牽引機構由兩個固定套，分別固定在殘缺手指的鄰指指節(jié)上。主體機構由固定套、中指節(jié)、遠指節(jié)、彈性元件以及連接牽引機構和主體機構的連桿機構組成。其中主體機構的固定環(huán)固定在殘疾手指的殘余部分處。牽引機構和主體機構視圖如下：

當手指自然屈伸時，相鄰手指牽引假肢的中指節(jié)、遠指節(jié)進行耦合性運動。此時個彈性元件不發(fā)生形變，假肢僅有一個自由度。

當手指抓握物體時，基指節(jié)與相鄰指節(jié)同時接觸物體并停止運動。此后，假肢中指節(jié)接觸物體并停止運動。此后，假肢中指節(jié)接觸物體停止運動，但由于彈性元件的作用，相鄰手指仍能帶動假肢遠指節(jié)屈伸，直至遠指節(jié)接觸物體。

手指機構的模型圖如下：

3、總結

相比于X-finger單一的抓捏方式，這種假肢的抓握方式多變，自適應能力強，能夠重現(xiàn)原生手指的部分功能與抓握特點；同時假肢受力更加均勻，增加抓握動作的穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]楊會聲.機械原理[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2011，學位論文（D）

[2]王德倫.高媛.機械原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3]申永勝.機械原理教程[M].北京：清華大學出版社，2005.