欠驱动仿生康复机械手结构设计

这款穿戴式仿生机械手主要面向手部运动功能障碍患者的日常辅助与康复训练场景，可直接佩戴于患者前臂残端或功能受损的手部外侧，通过内置驱动单元带动仿生指节完成抓握、捏取等基础动作，替代患者完成水杯握持、餐具抓取、小件物品拾取等日常生活动作，同时可在康复训练过程中提供可控的关节活动度训练，辅助患者逐步恢复手部运动能力。

从结构设计逻辑来看，整套机构采用欠驱动方案，单根手指仅需1个驱动单元即可完成多节指骨的协同弯曲动作，大幅降低了驱动元件的数量与整体设备重量，整套机构不含绑带的自重控制在600g以内，避免长时间佩戴给患者前臂带来额外负荷。手指部分采用模块化连杆串联结构，每节指节间通过销轴铰接，指节内侧预留了柔性防滑垫安装位，抓握物体时可通过连杆的自适应转动贴合不同外形物体的表面，针对直径20mm到120mm的柱状物体、厚度5mm到80mm的块状物体均可实现稳定包覆抓握，最大抓持力控制在15N以内，既满足日常物品的抓取需求，也不会因力度过大造成物体损坏或患者肢体二次损伤。

驱动部分采用微型伺服舵机作为动力源，两个舵机对称布置于手背侧的绿色安装基座内，通过蓝色摆臂与紫色传动连杆将动力输出到拇指与其余四指的驱动端，拇指额外设置了独立的摆动调节机构，可实现拇指相对于手掌的外展、内收动作，配合其余四指的弯曲完成对掌动作，这也是实现捏取、抓握等精细动作的核心结构。基座部分采用贴合人体前臂背侧生理曲线的弧形设计，安装时通过蓝色环形绑带与下方的弹性固定带绑定在前臂位置，绑带长度可根据患者前臂围度在180mm到280mm范围内调节，适配不同体型用户的佩戴需求，基座上预留的多个螺丝安装位可用于调整驱动模块的前后位置，匹配不同长度的残肢或手部尺寸。

设计过程中重点控制了各关节的运动角度范围，食指、中指、无名指、小指的掌指关节最大弯曲角度为90度，近端指间关节最大弯曲角度为80度，远端指间关节最大弯曲角度为65度，完全匹配健康人手部的正常活动范围，避免超程运动带来的关节损伤。拇指的腕掌关节可实现0到45度的外展调节，指间关节最大弯曲角度为70度，可配合其余手指完成指尖捏、侧捏等不同的抓握模式。所有传动连杆均采用镂空减重设计，在保证1.5倍安全系数的结构强度前提下尽可能降低零件重量，铰接位置全部采用自润滑铜套作为转动副，减少长期使用过程中的磨损与传动卡顿问题，设备整体的外形尺寸控制在长220mm、宽110mm、厚85mm的范围内，佩戴后不会与日常桌面、衣物等产生过多干涉，满足室内日常场景的使用需求。

安装边界方面，基座下方的弧形贴合面曲率半径为75mm，适配绝大多数成年人的前臂背侧轮廓，绑带固定点的位置距离基座最下端35mm，绑定后驱动模块的重心位于前臂中心线上，佩戴时不会出现单侧偏坠的问题。所有外露的传动部件均设置了圆角防护结构，避免运动过程中夹伤患者皮肤或勾挂衣物，驱动模块的外侧预留了控制电路板与电池的安装位，可直接集成小型控制单元实现手势识别、力度反馈等扩展功能，无需额外改动主体结构即可完成功能升级。