SMA驱动的二自由食指康复外骨骼机器人设计与建模

张佳琦; 葛蛟; 李敦超

沈阳理工大学学报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (1) : 65 -71.

张佳琦, 葛蛟, 李敦超

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摘要

针对现有康复装置关节运动解耦不足、动态补偿欠缺及驱动效率低下等问题，提出一种基于形状记忆合金(SMA)驱动的二自由度刚性手指外骨骼创新设计。通过建立包含掌指关节(MCP)和近端指间关节(PIP)的仿生运动链，采用差动传动机构实现食指关节运动解耦，结合动力学前馈算法，提升系统动态性能和康复效果。创新性拓扑优化框架结构在保证输出力足够的条件下，使单指模块重量仅65 g。实验表明，该系统MCP关节屈伸范围达-7°～72°,PIP关节屈伸范围为0°～76°,相较于传统疗法，输出力的均方根值提升了83.1%,屈伸速度提高29.4%,临床评估显示运动功能评分提升了42%。研究证实该外骨骼在运动精度、力量输出和穿戴舒适性方面较现有系统具有显著优势，为手功能康复提供了新的技术解决方案。