一种耦合性自适应欠驱动手指机构的函数综合分析

邹海洋　张洪梅　孙振兴　金晗

摘 要：耦合性自适应欠驱动手指机构是最常见的假肢手指机构之一，因此，对其进行函数综合分析尤为重要，以期为有关单位的研究提供理论上的借鉴。

关键词：自适应欠驱动手指机构；假肢；连杆；扭转弹簧

中图分类号：TP242 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.119

文章编号：2095-6835（2015）15-0119-01

常见的假肢手指机构有耦合性单自由度手指机构、欠驱动自适应手指机构和耦合性自适应欠驱动手指机构。其中，耦合性自适应欠驱动手指机构综合了其余两种手指机构的优点，是今后假肢手指机构的发展趋势。本文旨在对所设计的一种功能性手指假肢的手指机构进行函数综合分析。

1 手指结构机构简图

与传统的手指假肢相比，功能性手指假肢需要具有运动能力和较大的抓握力。根据耦合自适应欠驱动手指机构的工作原理设计出的手指结构为：以残肢基指节为机架，连杆AB为主动件，动力由残缺手指的相邻手指提供，通过1个双摇杆机构将运动传递到弹性连杆，弹性连杆再通过1个双曲柄机构将运动传递到假肢中指节和连杆CD，并通过在连杆CD与假肢远指节间加入扭转弹簧使2杆处于不稳定平衡状态。当假肢不受外力作用时，假肢远指节与连杆CD可视为相对静止，假肢中指节与连杆CD的位置处于耦合性关系。当假肢抓取物体时，受外力作用，弹性连杆将改变长度，扭转弹簧将改变扭转角度，使假肢根据物体外表面自适应。设计手指结构的机构简图如图1所示。

2 手指结构函数综合的分析计算

在每一个连杆机构中，根据完好手指可自身运动的特点，基指节、中指节形成的角度与中指节、远指节形成的角度具有一定的耦合关系，为已知条件。此外，连杆AB的运动函数也已确定。设计中，根据便利性，确定中指节得长度为23 mm。

在手指假肢完全伸直的状态下，假肢中指节与残指基指节、

假肢中指节与连杆CD的角度均为90°。连杆CD为5.049 mm，连杆BUC为2.734 mm，由此可求得其他连杆的长度。

可任意选取手指原点位置，通过作图法进行两离散位置的函数综合。任取B点，将三角形ABD固结并绕D点旋转，旋转角度为角∠F1DF2，连接B2B1′，并做B2B1′的垂直平分线，交DF2于C2点。

2.1 手指机构双摇杆机构的位置综合

手指机构双摇杆机构的位置综合如图1所示。

由图2可知，连杆AB长为25.872 mm。

2.2 手指机构双曲柄机构的位置综合

手指机构双曲柄机构的位置综合如图2所示。

由图3可知，连杆AB长为23.576 mm。

3 结束语

通过作图，便可得到各个部分连杆的长度，避免了复杂计算，长度误差值在工程允许误差范围内。

参考文献

[1]王德伦，高媛.机械原理[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]申永胜.机械原理教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

〔编辑：张思楠〕