一種耦合性自適應(yīng)欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)的函數(shù)綜合分析

鄒海洋　張洪梅　孫振興　金晗

摘 要：耦合性自適應(yīng)欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)是最常見的假肢手指機(jī)構(gòu)之一，因此，對其進(jìn)行函數(shù)綜合分析尤為重要，以期為有關(guān)單位的研究提供理論上的借鑒。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)；假肢；連桿；扭轉(zhuǎn)彈簧

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.119

文章編號：2095-6835（2015）15-0119-01

常見的假肢手指機(jī)構(gòu)有耦合性單自由度手指機(jī)構(gòu)、欠驅(qū)動自適應(yīng)手指機(jī)構(gòu)和耦合性自適應(yīng)欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)。其中，耦合性自適應(yīng)欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)綜合了其余兩種手指機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，是今后假肢手指機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢。本文旨在對所設(shè)計(jì)的一種功能性手指假肢的手指機(jī)構(gòu)進(jìn)行函數(shù)綜合分析。

1 手指結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖

與傳統(tǒng)的手指假肢相比，功能性手指假肢需要具有運(yùn)動能力和較大的抓握力。根據(jù)耦合自適應(yīng)欠驅(qū)動手指機(jī)構(gòu)的工作原理設(shè)計(jì)出的手指結(jié)構(gòu)為：以殘肢基指節(jié)為機(jī)架，連桿AB為主動件，動力由殘缺手指的相鄰手指提供，通過1個雙搖桿機(jī)構(gòu)將運(yùn)動傳遞到彈性連桿，彈性連桿再通過1個雙曲柄機(jī)構(gòu)將運(yùn)動傳遞到假肢中指節(jié)和連桿CD，并通過在連桿CD與假肢遠(yuǎn)指節(jié)間加入扭轉(zhuǎn)彈簧使2桿處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。當(dāng)假肢不受外力作用時(shí)，假肢遠(yuǎn)指節(jié)與連桿CD可視為相對靜止，假肢中指節(jié)與連桿CD的位置處于耦合性關(guān)系。當(dāng)假肢抓取物體時(shí)，受外力作用，彈性連桿將改變長度，扭轉(zhuǎn)彈簧將改變扭轉(zhuǎn)角度，使假肢根據(jù)物體外表面自適應(yīng)。設(shè)計(jì)手指結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖如圖1所示。

2 手指結(jié)構(gòu)函數(shù)綜合的分析計(jì)算

在每一個連桿機(jī)構(gòu)中，根據(jù)完好手指可自身運(yùn)動的特點(diǎn)，基指節(jié)、中指節(jié)形成的角度與中指節(jié)、遠(yuǎn)指節(jié)形成的角度具有一定的耦合關(guān)系，為已知條件。此外，連桿AB的運(yùn)動函數(shù)也已確定。設(shè)計(jì)中，根據(jù)便利性，確定中指節(jié)得長度為23 mm。

在手指假肢完全伸直的狀態(tài)下，假肢中指節(jié)與殘指基指節(jié)、

假肢中指節(jié)與連桿CD的角度均為90°。連桿CD為5.049 mm，連桿BUC為2.734 mm，由此可求得其他連桿的長度。

可任意選取手指原點(diǎn)位置，通過作圖法進(jìn)行兩離散位置的函數(shù)綜合。任取B點(diǎn)，將三角形ABD固結(jié)并繞D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為角∠F1DF2，連接B2B1′，并做B2B1′的垂直平分線，交DF2于C2點(diǎn)。

2.1 手指機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)的位置綜合

手指機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)的位置綜合如圖1所示。

由圖2可知，連桿AB長為25.872 mm。

2.2 手指機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)的位置綜合

手指機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)的位置綜合如圖2所示。

由圖3可知，連桿AB長為23.576 mm。

3 結(jié)束語

通過作圖，便可得到各個部分連桿的長度，避免了復(fù)雜計(jì)算，長度誤差值在工程允許誤差范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

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

[2]申永勝.機(jī)械原理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

〔編輯：張思楠〕