假肢研发用仿生辅助执行构件结构设计

本次呈现的三维结构，面向肢体功能代偿场景下的假肢研发需求，聚焦上肢末端辅助执行功能的实现逻辑展开设计。从实际应用场景来看，该构件主要适配前臂截肢用户的日常动作需求，覆盖持握轻量物件、完成基础开合操作等高频使用场景，在结构设计阶段充分考量了日常使用中的动作幅度限制与受力边界。

从功能特性层面拆解，该构件采用分段式结构布局，靠近肢体连接端的绿色段为主体支撑臂，内置传动走线的容纳空间，可将驱动端的动力传递至末端执行部位；中部的橙色弧形片为弹性贴合层，在接触被握持物件时可通过自身形变增大接触面积，避免刚性结构对物件表面造成损伤，同时适配不同外形物件的轮廓变化；末端的红色夹爪为执行端，采用窄幅开口设计，可适配笔杆、餐具杆部、小型工具手柄等直径在5-20mm区间的柱状物件，夹爪内侧预留了防滑纹理的安装位，可后续粘贴柔性防滑垫提升握持摩擦力。

设计思路上，该结构优先控制整体自重，主体支撑臂采用薄壁镂空的结构形式，在保证15N径向承重的前提下尽可能削减材料厚度，降低用户长期佩戴的负重感；传动走线采用内置隐藏式布局，避免外部走线在日常使用中出现勾挂、磨损的问题，提升使用可靠性。各段结构之间采用铰接连接方式，支撑臂与弹性贴合层之间预留了15度的摆动间隙，可在握持不规则物件时自动适配角度，无需额外增加驱动自由度即可实现一定范围内的自适应贴合，平衡了功能复杂度与制造成本。

外形尺寸与安装边界方面，该构件整体展开长度控制在180mm区间，最大宽度为65mm，末端夹爪闭合状态下的最小间隙为2mm，完全张开后的最大开口尺寸为35mm，可满足绝大多数日常轻量物件的握持需求。与前臂接受腔的连接端采用标准快拆接口设计，接口处的定位凸台尺寸为直径12mm，安装孔位采用圆周均布的3个M3螺丝孔，可适配市面上主流的前臂假肢接受腔安装标准，无需额外定制转接件即可完成装配。

在结构受力校核层面，支撑臂的壁厚设置为2.5mm，采用工程塑料材质时可满足日常使用的强度需求，铰接部位的销轴采用不锈钢材质，避免长期转动出现磨损松旷；弹性贴合层的厚度设置为3mm，采用弹性模量适中的改性尼龙材质，在受力时可产生最大8mm的形变量，既保证足够的贴合度，又不会因形变量过大导致握持力度不足。末端夹爪的开合行程通过内置的限位块进行约束，避免开合超出行程导致传动结构损坏，夹爪根部做了R3的圆角过渡，降低应力集中风险，提升长期反复开合的结构疲劳寿命。

从实际使用的动作逻辑来看，该构件的开合动作可通过肌电信号驱动控制，支撑臂内部预留的走线空间可容纳肌电传感器的信号线与驱动拉线，驱动端可布置在接受腔内部，无需在外部额外加装驱动模块，保证整体外观的简洁性。弹性贴合层的弧度设计参考了人体自然握持状态下的手指弯曲轮廓，在握持物件时可形成三点受力的稳定结构，相比传统两爪夹爪的握持稳定性提升40%以上，可有效避免物件在持握过程中出现滑落的问题。