一种功能性的手指假肢

邹海洋 张洪梅 金晗 孙振兴

【摘要】一种功能性手指假肢。采用耦合性自适应欠驱动手指机构，可帮助残缺手指实现完整手指抓握物体的功能。其结构包括牵引机构和主体结构，在抓取物体过程中能紧密包络物体提高抓取物体的稳定性。

【关键词】手指假肢；耦合性自适应欠驱动手指机构；抓握物体

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装功能性假肢，通常要将整个手掌截去，安装手掌假肢。这无疑是得不偿失。因此，研究一种具有一定抓取能力和拟人化特征的手指假肢不仅是广大残疾人患者的福音，也具有极高的学术价值。现存的几种功能性手指假肢，均采用耦合型单自由度手指结构，因此在功能上存在一定的局限性。假手指X-finger采用了该结构，但由于该手指结构只有单自由度，无法如正常手指一样对被抓对象的形状和尺寸自适应。

1、X-finger简介

X-finger是由美国佛罗里达州研制的。整个手指是由三个指节组成，并用两个四杆机构相连。两个四杆机构同时运动，从而确定了指尖的运动轨迹。虽然手指具有重量轻，结构简单可靠，连接方便，控制灵活等优点，但是这个手指只有一个自由度，故指尖的运动轨迹与真实手指的运动轨迹有很大的差别。

2、耦合性自适应欠驱动手指机构

2.1耦合自适应欠驱动手指机构简介

本发明为一种实用的康复用具，适用于失去食指、中指、无名指或小指残疾人。本发明采用了连杆式的耦合自适应欠驱动手指机构：根据原生手指的屈伸运动过程设计的连杆与指节使其在自然屈伸过程中良好地耦合原生手指的运动轨迹；在合适的位置加入欠驱动元件使其抓取物体时根据物体的表面形状调整各指节间的位置关系，使得各指节均能与物体紧密贴合，提高了抓取物体的稳定性，避免了耦合性单自由度手指机构在抓取物体过程中只能指尖捏抓的缺陷。

2.2耦合自适应欠驱动手指机构工作原理

手指分为牵引机构和主体机构。牵引机构由两个固定套，分别固定在残缺手指的邻指指节上。主体机构由固定套、中指节、远指节、弹性元件以及连接牵引机构和主体机构的连杆机构组成。其中主体机构的固定环固定在残疾手指的残余部分处。牵引机构和主体机构视图如下：

当手指自然屈伸时，相邻手指牵引假肢的中指节、远指节进行耦合性运动。此时个弹性元件不发生形变，假肢仅有一个自由度。

当手指抓握物体时，基指节与相邻指节同时接触物体并停止运动。此后，假肢中指节接触物体并停止运动。此后，假肢中指节接触物体停止运动，但由于弹性元件的作用，相邻手指仍能带动假肢远指节屈伸，直至远指节接触物体。

手指机构的模型图如下：

3、总结

相比于X-finger单一的抓捏方式，这种假肢的抓握方式多变，自适应能力强，能够重现原生手指的部分功能与抓握特点；同时假肢受力更加均匀，增加抓握动作的稳定性。

参考文献

[1]杨会声.机械原理[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011，学位论文（D）

[2]王德伦.高媛.机械原理[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，2005.