高仿真拟人机械手弹性指关节结构设计研究

董艇舰，张 吉，王丹峰，吴孟丽

（中国民航大学航空工程学院，天津 300300）

1 引言

拟人机械手作为拟人机器人重要的组成部件之一，是机器人研究中不可或缺的部分。目前已有的拟人机械手大多通过铰链、连杆和万向节等机械结构刚性连接，虽然这类拟人机械手可以较好地模拟人手的运动，但本质上并没有脱离传统的机械连接，由于其自身结构上与复杂人手结构存在巨大差距，灵活性及运动特性远不及人手。区别于传统的机械手，高仿真拟人机械手从人手解剖学结构深入剖析人手运动的规律，更深入模拟人手关节的结构特征，达到高度仿真人手关节柔顺性和弹性的目的。

世界各国对于拟人机械手的研究从未停止，近年来，许多先进的拟人机械手已经得以开发研制并根据其各自在驱动速度、高自由度（DOF）等方面的独特功能在各个领域得以应用。文献［1］高度拟人化地模拟了人手的五指运动；文献［2］应用了协同运动理念，具有较强环境适应柔性；文献［3］是将生物学特征融合进机械手研究的成功典例。国内对于拟人机械手也日益蓬勃，文献［4］质量轻，具有较强适应性，适用于拟人机器人；文献［5］实现内置驱动使整个机械手微型化，达到了国际领先水平。尽管研究人员已经在控制和传感方面做出了大量努力来减小机械手与人手之间的差距，但从生物力学的角度来看，所做的工作是远远不够的。总结而言，限制拟人机械手发展的有两个关键约束条件，工程上缺乏准确的与人手相关的生物学知识以及传统的机械设计无法复制人手的生物力学特性。……