機器人手腕的系列分享之二

由于其緊湊，機械簡(jiǎn)單和重量輕的緣故，被動(dòng)式單自由度腕關(guān)節假體已成為常見(jiàn)的腕部設備。這些裝置可大致分為兩類(lèi)，即旋轉器和屈肌。旋轉器用于使終端設備沿前臂的縱向放出或滾動(dòng)，而屈肌使終端設備彎曲或俯仰。被動(dòng)旋轉器是這兩類(lèi)中的D一類(lèi)，也是常見(jiàn)的一類(lèi)。為了增強它們的功能，這些設備通常包括附加功能。例如 OB棘輪式旋轉手腕，如圖(a)所示，被動(dòng)腕部裝置的鎖定也可以通過(guò)使用不可反向驅動(dòng)的機構來(lái)實(shí)現。

被動(dòng)屈肌是D二類(lèi)被動(dòng)單自由度手腕，通常是在離散屈肌間隙鎖定的裝置。商業(yè)上可用的鎖定屈肌包括HD屈肌摩擦腕、OB肌腕經(jīng)掌骨和二觸點(diǎn)OB肌腕。這種性質(zhì)的鎖定手腕通常與身體供電的終端設備配合使用，因為驅動(dòng)終端設備的電纜不會(huì )導致手腕改變其位置。為了獲得更連續的運動(dòng)，具有屈曲的OB適配器包含一個(gè)摩擦盤(pán)，在有限的載荷下將手腕保持在彎曲位置。盡管在假手中有特殊的集成，但是觸摸仿生（TB）彎曲手腕在某些彎曲位置提供鎖定，并且在解鎖時(shí)提供彈簧加載的彎曲。

上述被動(dòng)旋轉器都需要外力來(lái)旋轉終端設備，而且還需要獲得附加功能，對于雙側截肢者來(lái)說(shuō)這可能是個(gè)問(wèn)題，他們在使用非接觸性對側手臂調整被動(dòng)手腕時(shí)可能會(huì )遇到更大的困難。

為減輕被動(dòng)假肢的某些問(wèn)題，動(dòng)力假肢手腕采用Bowden電纜系統來(lái)控制手腕，人體動(dòng)力系統包括與線(xiàn)束連接的電纜，該電纜既可以用來(lái)致動(dòng)假肢手腕，也可以用來(lái)觸發(fā)運動(dòng)鎖定機構。HD旋轉手腕[圖(b)]使用電纜解鎖和旋入手腕。旋前受到扭簧的阻力，扭簧傾向于旋腕，釋放拉線(xiàn)上的張力可重新接合鎖。諸如OB棘輪式旋轉系列中詳述的裝置都利用彈性元件使手腕在解鎖時(shí)返回中性旋前位置。因此，用戶(hù)不需要用另一只手來(lái)解鎖手腕。

主動(dòng)單自由度腕部通常在假肢和機器人應用中都能找到。在假肢L域，這些系統通常與EMG系統一起使用，使用戶(hù)能夠通過(guò)肌肉信號控制旋轉。活動(dòng)手腕可以是獨立的單元集成到假手中，或者集成到較大假手中的前臂中。與被動(dòng)手腕類(lèi)似，主動(dòng)單自由度裝置也可分為旋轉器和屈肌。主動(dòng)旋轉器是腕部假體中常見(jiàn)的動(dòng)力裝置。獨立設備包括運動(dòng)控制電動(dòng)旋轉器和OB腕部旋轉器，如圖(c)所示，這兩種設備都是為與許多終端設備兼容而設計的，因而得到了相對廣泛的應用。OB-Michelangelo手和TBi-Limb Quantum都使用緊湊的旋轉器，即軸旋轉和俯臥旋轉[圖(d)]，它們分別安裝在各自手的假體窩和下手掌中，主動(dòng)屈肌也往往納入現有的機器人手或終端設備系統。

由于單自由度腕部在運動(dòng)上等同于單轉動(dòng)關(guān)節，因此并聯(lián)機構一般不用作單自由度腕部裝置。與并聯(lián)裝置相比，串聯(lián)裝置的機械簡(jiǎn)單性超過(guò)了使用單自由度并聯(lián)機構的潛在好處。然而，單自由度并聯(lián)機構常被用于其他裝置，如踝關(guān)節假體。與被動(dòng)腕部相比，主動(dòng)單自由度腕部在設計中的長(cháng)度要大得多，尤其是旋轉腕部。主動(dòng)式單自由度手腕要么是獨立的腕關(guān)節假體，要么是手部設計中的附加功能，但是單自由度單元在所有L域的共同性就是保證體積小化的同時(shí)提G了截肢機器人的扭力和主動(dòng)力。