一种四自由度假肢臂的设计

问答中心 2025年08月02日 21:17 35 sansa2025

第二章假肢手臂总体设计

2.1 假肢手臂生理学基础

人体的手臂是一个复杂的运动系统，其运动是大脑在大脑的协调下肌肉和骨骼共同完成的。所以为了设计假肢手臂的运功结构，研究人体手臂的生理构成是有重要意义的也是必须的。由我国成人人体尺寸比例关系图(如图2.1所示)知:大臂约占整个身高的0.2;小臂约占整个身高的0.14，按照大部分成人的身高175 cm来计算，则成年人平均手臂的尺寸大致为:

大臂长度:35cm，小臂长度:24cm大臂宽度:最大不超过lOcm，小臂宽度:最大不超过7cm。

中国成人大部分手臂重量为:大臂:1.8kg，小臂:l.lkg。

图2.1 我国成人身体比例图

根据任务书要求，假肢所需要的四个自由度，以及运动角度如表2.1所示。人体的肩部区域和大臂有着丰富的肌肉以及复杂的骨骼链接[}22}(如图2.2所示)，其中胸锁关节、肩锁关节、盂胧关节和肩胸关节构成肩关节复合体，大臂的胧骨同小臂的尺骨、挠骨连接处构成了肘关节;小臂的尺骨、挠骨同手掌连接处构成了腕关节。这2个关节从上至下串联在一个传动链上，因此设计的假肢也应该是串联结构。

表2.1手臂关节运动范围表

2.2假肢手臂总体设计

假肢是残疾截肢患者的福音，给残疾患者日常生活中的行动提供了很大的便利，也同时给他们带来了一定的心理慰藉。设计假肢手臂时，应尽可能模仿真实的人手臂的运动系统。同时外形尺寸应和手臂接近，达到佩戴方便，舒适，美观的要求。再者，由于假肢是直接佩戴，所以要具有较高的安全系数，和良好的机械性，防止对身体造成危害。同时机械手臂的零件加工、装配应该方便和廉价，后期维护保养应该简单容易。根据任务书要求，假肢臂应达到的主要性能指标如下：

1）假肢臂大臂尺寸7cm左右，小臂尺寸27cm左右。

2）假肢臂整体重量2.5kg左右；

3）末端执行器可承受负载达到0.5kg；

4）每个自由度的运动速度在15rpm左右；

假肢手臂主要由驱动系统和假肢本体组成。如下图2.2所示：