机械手爪的设计-机械手爪传动和执行部分设计【含CAD图纸和说明书】
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课题：机械手爪的设计（传动和执行部分设计）学院名称：专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师姓名 摘要目前拟人假肢普遍采用多指灵巧手的设计思想，利用电机、电子和传感器等领域的最新技术成果，实现假手的多自由度和多感知，从而最大程度地提高假手的灵活性和可操作性。但是，从生物机械系统接口技术的研究现状来看，基于残余臂EMG(肌电)信号的运动解码器对于手的运动模式识别功能十分有限且识别率低，利用EMG信号控制多指手这样的灵巧操作机构各驱动单元的协调运动在技术上难以实现；并且，多自由度灵巧手由于驱动单元过多，重量较重，也很难被市场接受。为了解决上面的问题，本文设计并开发了一种新型的欠驱动肌电机械手。仿人假肢手由4个电机驱动15个关节，克服了现有技术中手指灵活度不够的缺点，减小了功耗，利于机械手的小型化。该手对于不同的抓取物体具有良好的形状适应性，且在部分手指运动受限的情况下具有理想的力分配特性。本文描述该假手的具体设计与机构组成，介绍了其两大主要创新点：一是弹性交叉四连杆手指，二是指间差动机构。ABSTRACTNowadays lots of human prosthetic hands are designed; they all followed the idea of the dexterous hands, which using high performance motors, sensors or other new technology to get more freedom or feeling. However the more motors are deployed, the more requirements to the bio-mechanical interface and the power will be higher. Because of the limitations of biological/mechanical interface technology, most of the prosthetic hands are low dexterousness and functionality, and with high weight, these kinds of hands are unaccepted by the market.In order to resolve the problem, a prototype of underactuated prosthetic hand is designed and developed. The hand has 15 revolute joints, actuated by 4 motors. The hand is more dexterous, more energy solving and smaller size. It can grasp different objects, like the mobile phones, the books, the bottles, the pingpong balls and etc, and has the good force distribution capability.This thesis introduces two main innovative structures: first One is underactuated finger; another is a miniature differential mechanism which is embedded inside the palm of the hand to control the differential motion of the two fingers. 目 录第一章 绪论1.1 国内外假手的研究现状61.2 假手研究的目的和意义10第二章 假手功能原理的设计2.1 假手应该具有的基本功能122.2 假手基本功能的实现12第三章 肌电假手的结构设计3.1 肌电假手的整体方案143.2 肌电假手的手指设计153.3 拇指的设计163.4 指间差动机构的设计173.5 手掌的设计18第四章 肌电假手的实用化设计4.1 实用化设计的任务和主要内容194.2 假手的总体设计194.3 基本构件的结构设计20第五章 总结与展望5.1 毕业设计工作总结235.2 前景展望23致 谢25参 考 文 献26第一章 绪论1.1国内外假手的研究现状假肢手可以分为传统假肢和现代假肢。传统假肢包括装饰型假肢和索控式假肢，现代假肢即EMG控制假肢。装饰型假肢手是最早出现的假手，如图1-1-1所示，以外形美容为主，可被动活动，为弥补肢体外观缺陷所设计的，起到恢复自然外表的装饰作用或平衡身体的作用。其缺点是不具有手的动作功能。图1-1-1 装饰型假肢索控式假肢手又称为身体动力型假肢手，如图1-1-2所示，主要由截肢者通过肩膀、上臂和躯干等肢体的运动，并借助力牵引索来驱动和控制假肢手运动。该型假肢手设计简单，维护费用低，经久耐用，并且可以在条件恶劣的环境如潮湿多水、灰尘多的场合使用。由于该型假肢手受自身力源控制，截肢患者能增强对其的控制性。索控型假肢手的缺点也很明显：一方面，由于自由度受到限制，其功能比较少；另一方面，虽然该型假肢手由患者自身力源控制，但是很难接近使用者的意念，因此控制和操作均很不方便。 图1-1-2 索控式假肢EMG控制假肢手（如图1-1-3所示）：由肌电信号控制的假肢手功能更加完善，外形更加美观，并且不需要大量传感反馈系统。肌电信号来源于使用者运动引起的肌肉收缩产生的微电信号。通过安装在残余臂肌肉表面的电极所产生的电信号来控制电机驱动假肢手运动。EMG控制假肢手的缺点是价格昂贵，并且维护成本高。图1-1-3 EMG控制假肢在机器人多指灵巧手技术的推动下，EMG控制假肢手的研究也取得了很大进步和重大突破。目前假肢手研究的一大难题是设计重量轻、体积小、输出力大、噪音低的足够灵活的多自由度假肢手。受到重量、体积以及生物/机械系统接口水平的限制，现在绝大多数的EMG控制假肢手只有1个独立自由度。德国Otto Bock公司单自由度肌电假肢手Ottobock SUVA手是世界上目前运作最成功，实际运用最广泛的假肢手，如图1-1-4所示。该手的特点是肌电信号的处理和控制比较成熟，使用性能稳定，有滑动觉传感器，最大抓取力可达90N。由于采用了SUVA感应技术，截肢患者在抓取任何物体时都更为安全。当抓取的物体要滑落时，加速感应假手能感觉到重心的变换，进而自动调节抓握动作，稳定抓握系统自动增加握力，直至牢固握住物体。图1-1-4 Ottobock SUVA假手英国南安普顿大学Dr Paul Chappell近年来基于对人手和手指的研究基础上对假肢手和机器人灵巧手进行了研究，并相继成功的研制了Southampton Hand和Southampton Remedi-Hand。SouthamptonHand如图1-1-5所示，由3个手指和1个拇指组成，除拇指外，每个手指有3个关节，其中末端两个关节的运动是耦合的，相邻两个手指的最大相对运动角度为90。每个手指由一个电机驱动，电机和齿轮箱（Gearbox）等组成的驱动器放置在手掌中。图1-1-5 Southampton HandSouthampton Remedi-Hand手如图1-1-6所示，有5个手指，其中拇指有2个自由度，共有6个自由度，由6个独立驱动单元，每个手指都由独立的驱动单元，因此能够独立运动。该假手采用了轻质的环氧碳纤维作为材料，因而整个手的重量不足500g，甚至比人手还略轻。由于拇指具有额外的运动柔性，相比其他假肢手，该假手的运动更趋近于人手。同时，Southampton Remedi-Hand具有十分先进的控制反馈系统，它采用了压阻电阻器和动态压电传感器来检测抓取稳定性或抓取力，因此不需要依靠患者的意识就能确定抓取是否稳定或者抓取力是否足够。图1-1-6 Southampton Remedi-Hand我国从60年代初开始探讨应用肌电控制假手。60年代中期研制出单自由度肌电控制前臂假手，1979年研制成功三自由度肌电控制前臂假肢。据不完全统计，我国残肢者正在使用的各类肌电控制假手已达数万只。事实上，我国的假手方面的研究与国外相比还存在较大的距离，从事这一领域研究和开发的大学和研究机构相对较少，相关产业比较落后。各假手生产厂家及康复中心目前的产品主要是装饰性假手和机械牵引式假手。因此开发和研制国产的智能假手有广泛的应用前景和社会效益。我国一些大学和研究所积极地从事假手方面的研究工作。胡天培等人采用再造“指”作为控制信号源，实现了电子假手的准确控制。目前，已经开发出来的商品化的性能比较完善的假手仍然是单自由度、开环控制系统的肌电假手。尽管科研人员对假手作了很多研究，但是大部分成果实际上仍然处于实验室阶段，距离商品化、实用化还有很大的距离。近年来为了解决假肢手的驱动和自由度的矛盾，国际上有研究人员先后提出了假手的欠驱动机构。在假肢手中采用欠驱动机构，一方面能保证假肢手具有足够多的自由度，可满足假肢手操作灵巧性的要求，提高抓取功能；另一方面，由于其独立驱动少，可降低假肢手的运动规划和控制的复杂性。有关欠驱动操作机构的设计已经有较长的研究历史，东京工业大学的广濑茂男（Shigeo Hirose）在20世纪80年代系统地研究了连接式差动机构理论，并用它来实现力矩分解，在此基础上采用滑轮差动机构与耦合驱动原理设计了冗余度串连操作臂，其中大部分为被动关节。欠驱动机构在假肢手的研究中已经有应用，比如上述介绍的RTR系列假肢手。另外值得一提的是加拿大Laval大学的Gosselin针对航天机械臂末端操作机构的要求，设计了一系列欠驱动手，该系列的欠驱动手具有10-15个运动自由度，单独立驱动单元的数目少于6个，最少的只有2个。该系列手在执行抓取操作时主要以强力抓取模式进行操作，通过采用智能机械单元（弹性机械元件和机械限位），可以实现对物体的形状自适应抓取，控制策略十分简单。多自由度差动机构和智能机械单元是设计欠驱动手的关键技术。研究表明，如果设计合理，欠驱动手只需要3-4个独立驱动单元即可实现对仿人手操作机构的控制，且可实现强力抓取的形状自适应性，并具有精确抓取能力。这一方面可以克服现有的假肢手在抓取和操作功能上的缺陷，同时也可使得假肢手的控制大大简化。1.2 假手研究的目的和意义根据全国残疾人抽样调查数据推算，全国各类残疾人的总数为8296万人。按照国家统计局公布的2005年末全国人口数，推算出本次调查时点的我国总人口数为130948万人，据此得到2006年4月1日我国残疾人占全国总人口的比例为6.34%。其中肢体残疾2412万人，占残疾总人口的29.07%。与1987年第一次全国残疾人抽样调查比较，我国残疾人口总量增加，残疾人比例上升，残疾类别结构变动。肢体残疾的比例在整个调查中最高，可见各种假肢的需求已经非常迫切。目前肌电控制假肢最具代表性的产品化肌电假肢是Otto Bock手，但该手只有一个自由度，由一个电机控制其张合操作，灵巧性差。近年来，由于生物机电一体化技术的迅速发展，全球的研究机构开发了高性能的肌电控制接口，为研制多自由度仿人灵巧假肢的开发提供了技术条件。但由于收到生物/机械系统接口技术水平的限制，目前的EMG控制假肢手在操作灵活性和抓取性能比较差。本次课题的目的在于通过优化机械部分的设计，使得机电控制部分的难度减低。在影响假肢手应用的众多原因中，以下四个问题显得尤为突出：目前的EMG控制假肢重量比较大。尽管商用假肢手的重量能和人手接近，但由于它的重量主要从活动臂传递到残余臂上，因此显的特别笨重。假肢手的功能仍然比较少。目前的假肢手通常只有1-2个自由度，一方面不可能像人手那样做出大量不同的抓取动作，只能实现简单的张合运动（即钳形运动）；另一方面它不具备抓取形状自适性，同时抓取的稳定性和灵巧性也比较差。由于受自由度的限制，目前的假肢手的运动更类似于机器人手的运动，显得格外不自然。假肢手的操作性比较差。由于生物/机械接口未采用个性化设计，患者需要经过长时间的训练才能够使用，难以通过“自然”和“本能”的方式控制，使用很不方便。由此可见，生物机电一体化假肢手的研究与开发仍然是康复医学领域中有待进一步探索的问题。第二章 假手功能原理的设计2.1 假手应该具有的基本功能 根据第一章所介绍的假手的研究现状，以及结合其发展趋势，不难得出，假手主要应该具有的基本功能有以下几方面： （1）具有多个活动的关节； （2）具备抓取形状自适应能力； （3）整个系统重量轻，体积小，简单可靠； （4）具有局部自主控制功能。可以看到，上述基本功能中的（1）和（3）是一对矛盾。按照传统的驱动机理，活动关节的增多意味着驱动器数量的增多，体积的增大，重量的提高，整个系统复杂度的提升以及可靠性的降低。因此，如何解决活动关节数目和驱动有效性之间的矛盾，成了肌电控制仿人假肢手设计和开发的关键。2.2 假手基本功能的实现要实现假手具有多个活动的关节，可以将假手按照人的自然手的结构进行设计，即设计五个手指，其中每个手指也有三个指节，同一个手指上的相连指节可以相互转动，这样再通过手指里的连杆机构的拉动，就可以实现手指多个关节的运动。（具体分析见第三章）人手的的远指节和中指节之间的运动是自然耦合的，在抓取物体时，有自适应能力，要求所设计的假手也具有自适应能力，可以采用多个弹性连杆相互连接，这样假手在抓取物体时就可以有自适应能力。要实现假手质量轻，体积小，简单可靠这一功能要求，一个比较好的办法就是采用欠驱动机构。所谓欠驱动机构是指独立驱动器（Actuator）数目少于自由度数目的机构。欠驱动假肢的主要原理是用较少驱动单元实现较多自由度的动作控制。欠驱动控制的常用机构包括差动机构（行星齿轮差动机构、滑轮差动机构），手指设计方案中，基于弹性机械元件和机械限位、专用连杆机构。所设计的肌电假手，其控制源头还是残肢者自己，利用手臂上肌肉的收缩产生肌电信号，然后经过放大器对信号进行放大处理，来控制假手。这一功能的实现要依赖于生物、信息、控制等领域的技术以及DSP芯片强大的数据处理能力，使得人们有条件开发功能先进的生物/机械系统接口。第三章 肌电假手的结构设计3.1肌电假手的整体方案 要提高假手的操作功能和操作灵巧性，开发功能更先进的生物/机械系统接口，在此基础上研制具有“仿人手”功能新一代假手，还面临一系列的基础理论方法挑战和技术瓶颈。仅仅从提高抓取和操作功能的角度来看，增加手的自由度和独立驱动单元数无疑是最直接的方法，在这方面机器人多指手是最好的例证。但是，从生物机械系统接口技术的研究现状来看，基于残余臂EMG信号的运动解码器对于手的运动模式识别功能十分有限且识别率低，利用EMG信号控制多指手这样的灵巧操作机构各驱动单元的协调运动在技术上难以实现。因此，在新一代假肢手的研究中，一方面需要提高生物机械系统接口（基于EMG信号的运动解码器和运动控制器）的性能，同时还必须考虑手的功能与生物机械系统接口的复杂性及可实现性之间的矛盾。在手的机械结构设计方面，要解决假肢手抓取能力欠缺、灵巧性差等问题，同时兼顾基于残余臂EMG信号的运动解码器和运动控制器的可实现性，拟采用多自由度联接式差动机构和智能机械单元实现“欠驱动”假肢手设计。一方面使得假肢手具有足够的自由度以满足抓取操作要求，另一方面减少独立驱动单元降低控制复杂性。要对自由度进行配置，首先对人手进行一定的研究，人手是一个复杂的混合自由度系统，人手是由五个相互协调的手指和一个手掌组成。除了大拇指之外每个手指有三个指节（大拇指有两个），五个手指加上一个手掌，相互协调工作，可以对物体进行包络，抓拿。本欠驱动肌电假手采用仿人手设计，共有5个手指和15个关节自由度，由4个独立电机驱动，每个手指各有3个关节自由度。其中食指和中指、无名指和小指分别由一个电机各通过一个齿轮齿条差动机构驱动，拇指有两个驱动电机，分别控制其旋转和弯曲。整个手的自由度和驱动配置如图3-1所示： 图3-1 假手的自由度及驱动配置3.2肌电假手的手指设计手指机构为弹性交叉四连杆机构，每个手指由六个构件组成，构件1、2、3分别为远指节、中指节和近指节，构件4为摇臂，构件5、6分别为中指节弹性拉杆和远指节弹性拉杆，如图3-2-1。抓取和操作过程中，手指接触被操作物体之前两根弹性拉杆都可以看作是刚性杆，手指各关节按固定的轨迹作自由运动。在接触被抓取之后，手指局部关节运动受限，此时两根弹性连杆的弹簧均被压缩，连杆产生变形，中指节和远指节作被动顺应运动，直至贴合物体表面。按照这种方式设计手指具有较好的形状适应性，即对于不同几何形状的操作物体，采用单一驱动即可使手指较好地贴合物体表面，实现稳定的包络抓取。图3-2-1 手指结构原理图下面介绍在设计手指的过程中的两个关键部位：一是手指的框架。手指采用“门”形截面的框体结构，采用这种整体式的手指结构，虽然零件的加工稍稍复杂，但能够很好的保证转轴的同轴度以及指节内腔的宽度，在装配时就很好的体现出这种设计的优势。转轴的安装采用一侧沉孔，一侧螺纹连接的方式，见图3-2-2。这样轴的端部不会超出指节的两个外表面。既保证了手指外形的美观，有很好的防止了运动干涉的出现。另外，这种方式也十分便于安装和拆卸。 图3-2-2 转轴安装示意图二是弹性伸缩杆的设计。弹性杆类似一个气缸-活塞。外缸体与左侧的摇臂固结。弹簧穿在活塞杆上，缸体右端使用一端盖将弹簧压在缸体内。活塞杆的一段有螺纹连接，可以与右侧的摇臂连接。通过调整活塞杆螺纹拧入摇臂内螺纹孔的深度，调整弹性连杆的初始长度。螺纹连接处的螺母可以在调整完初始长度以后，与摇臂拧紧，防止连接松动，改变弹性杆初始长度，如图3-2-3。图3-2-3 弹性杆二维装配图短弹性连杆（手指构件6）的结构基本与长弹性连杆（手指构件5）相似。只是一头由弯曲的摇臂改为直摇臂。3.3拇指的设计拇指也采用欠驱动原理设计，但结构上与前面四个手指有一些区别。大拇指的原理简图如图3-3所示。拇指也有三个指节，但只有中指节和远指节可以做弯曲动作。近指节安装方向被设计成与手掌边缘之间的夹角保持固定，它可绕根关节轴旋转，由一个独立的电机驱动。图3-3 拇指原理简图中指指节由另一个电动机直接驱动，远指节则通过一根弹性拉杆与近指节连接，其自适应包络物体的过程与前述四指的原理相同。3.4指间差动机构的设计 欠驱动假肢手的食指和中指、无名指和小指分别由一个电机各通过一个安装在掌部的小型齿轮齿条差动机构驱动。在关节运动不受限时，差动机构实现两个手指关节速度和力矩的均匀分配。当其中一个手指关节运动受限时（譬如抓取操作过程中与物体表面接触），差动机构将电机速度传递到另一个手指上，但两个手指的关节力矩仍然相同。该设计方案可保证手在抓取不同的物体时具有较好的形状适应性，并具有较好的力分配特性。齿轮齿条差动机构的原理如图3-4所示:图3-4 差动机构原理图齿轮齿条机构将驱动电机输出的旋转运动转换为直线运动，主动的齿条一端连接有一个齿轮，齿轮同时与两条被动齿条啮合。被动齿条与手指的摇臂构件连接，从而带动手指弯曲。当动力由中间的主动齿条输入时，若两侧的被动齿条运动不受限，则中间的齿轮随主动齿条平动，此时两侧的被动齿条获得相同的速度和力分配。当一侧的被动齿条运动受到限制时，其运动停止，此时中间的齿轮既跟随主动齿条做平动，又绕轴心转动，将动力传递给另一被动齿条。3.5手掌的设计手掌的基板既是结构零件又是功能零件。一方面，它连接各个部件，起到机架的作用，使之组成一个完整的机械手。另一方面，作为差动机构的运动导轨起到一个功能零件的作用。这样的设计也是为了机械手的小型化和轻量化。考虑到滑动部件的运动速度和受力都不是很大，所以利用滑动导轨就可以实现这一功能。相比滚珠导轨，滑动导轨在厚度和重量上都有十分明显的优势。手掌上有滑动导轨槽，使得齿条能沿着导轨方向平动。手掌基板局部图如图3-5所示。图3-5 手掌基板局部图第四章 肌电假手的实用化设计4.1 实用化设计的任务和主要内容实用化设计是在假手功能原理设计的基础上，将假手原理方案结构化、实体化，把关于原理方案设计的构思转化为具有实用水平的、达到设计要求的实体产品。对于机械产品设计，工作原理确定后，要对机械动作进行构思和分解，初步确定各执行构件的动作以及动作之间的协调关系，进行机械运动方案设计及机械图设计。4.2 假手的总体设计 假手的总体设计是产品设计的中心环节，对假手产品的技术性能、经济指标和造型设计具有决定性意义。假手的总体设计包括以下一些内容： 1）确定假手的功能原理方案。所设计的肌电假手主要由四个相同的手指和一个大拇指，还有中间的连杆等等组成。手掌上的齿轮齿条差动机构通过电机的带动，将力传到各个手指，实现手指的弯曲来包络被抓物体。此功能实现的关键之处在于五个手指能相互协调工作，且被包络物体的形状不宜过大。2）确定假手的总体参数。对于不同类型的机器，由于其功能不同，总体参数的数量和内容也不同。假手是用来抓握物体的，所以对被抓物体的形状大小，重量等有一定的要求。被抓物体的直径不超过80mm，重量不超过10N。3）确定假手总体设计的指导思想。假手设计的主要标准是尽可能用较少的驱动器来实现较多的自由度。所以采用的指间差动机构，将一个电机的力，平均地分配到两个手指。4）确定假手的运动方案。假手的主要功能就是抓取物体，因此可以选择适当的执行机构来完成这一功能的实现。主要的执行机构就是假手的手指结构。由三个指节组成，分别是近指节，中指节和远指节，邻近的两个指节之间可以相互转动，指节之间的转动力是由中间的弹性连杆给予的，弹性杆连接到手掌上的差动机构，直接由电机带动。大拇指是由两个电机所带动，一个在拇指根部，带动拇指转动，另一个带动中指的转动。5）假手的驱动系统的设计。由于结构小，动力要求不高，本文所采用的是MAXON公司生产的高性能微型直流电机，功率20W。电机的驱动力是通过掌部差动机构把动力传到各个手指上，这种差动机构传递动力的能很好的把力分配给各个手指。6）假手的总体布局。根据其功能、工艺及操作要求，确定假手的部件的构成、相对位置极其连接方式。图4-2-1是假手去除大拇指的三维图，从图中可以很清楚的了解假手的总体布局，四个手指通过根部基架固定在手掌上，齿轮齿条差动机构对称地分布于手掌之上，两个电机安装在手掌的背面。图4-2-1 假手的总体布局图4.3基本构件的结构设计第三章已经介绍了假手手指机构、拇指机构、以及掌上差动机构的结构，这一节着重介绍构成这些结构的小的构件的设计。由于机构设计的多解性，使得设计假手有很大的自由度，但在设计中还是应该依据一些原则，这样可以做出比较优秀的机构设计方案。应该遵循的原则有：明确功能明确、原理明确、工作状态明确；简单；安全可靠。1、手指结构的零部件设计。 所设计的手指共由六个构件组成，第二章已经分析过。手指的框架是采用“门”形截面的框体结构。上面一侧有沉孔，一侧有螺纹孔。而且这种框体结构，大大增加了手指里面的空间，方便连杆连接。具体结构见图4-3-1. 图4-3-1 手指近指节同样手指的中指节和远指节的结构也类似于上面所讲的近指节机构，所不同的就是远指节的指端是流线型设计，类似于人手。2、中指节和远指节的结构设计中指节和远指节的结构如图4-3-2和4-3-3. 图4-3-2 手指中指节 图4-3-3 手指远指节手指近指节和手掌的连接时通过手指跟关节基座来连接的，如图4-3-4，基座可以通过螺钉连接固定在手掌上，同时，基座上面通孔，以便和手指近指节连接。图4-3-4 手指跟关节基座3、手掌上的导轨设计 手掌不仅仅是结构零件，也是功能零件，考虑到滑动部件的运动速度和受力都不是很大，所以设计的是一个滑动导轨，而不是滚珠导轨，相对于滚珠导轨，滑动导轨的厚度和重量上都有十分明显的优势。之所以没有采用一般机床上的燕尾槽导轨，是因为采用这样的导轨大大增加了手掌的厚度，并且增加零件加工的难度。使用这种形式的滑动导轨的另一个有点是，将部件很好地分配到手掌基板的两个方向。这样最大限度的保证了运动部件不发生运动干涉现象。图4-3-5，将两种形式的导轨列出来做了比较。图4-3-5 两种形式导轨的截面比较图 第五章 总结与展望5.1毕业设计工作总结本论文主要介绍了假手的国内外发展现状以及自主设计的欠驱动肌电假手的机械机构，对整个假手机构进行了简要的分析与讨论，完成的主要工作有：1.对国内外假手的发展现状进行了归纳和总结。2.设计了一个欠驱动肌电假手（4个驱动，15个自由度）。其中食指和中指（共6自由度）由一个电机驱动，无名指和小指（共6自由度）由一个电机驱动，大拇指（共3自由度）由2个电机驱动，该手能灵活抓取各种物体。3.设计了一种新型欠驱动手指，该手指由一个曲柄滑块机构和两个交叉四连杆机构和弹性元件串联组成，引进了长度可变的弹性杆机构，实现了单一手指对任意物体表面的自适应包络，克服了现有技术中手指灵活度不够的缺点。4设计了一种新型的指间差动机构，该机构拥有良好的力分配性能，通过齿轮-齿条将驱动电机输出的旋转运动转换为直线运动，主动齿条一端连接有一个齿轮，齿轮同时与两条被动齿条啮合，两条被动齿条最后分别与手指连接，被动齿条的前后运动可带动手指完成抓握动作，从而实现手指间的欠驱动，即一个电机驱动两个手指运动，本差动机构改善了手指间的力分配问题，减小了功耗，利于机械手的小型化。5.2前景展望20世纪后期是康复医学工程取得空前进步的时代，EMG假肢手的研究在这一时期也取得了长足的发展并已被大量应用于临床。与此同时，生物机电一体化技术、信号处理技术、机器人学、自动控制、微制造和MEMS技术等相关学科领域的研究成果为新一代EMG控制假肢手的研究积累了丰富的理论方法和技术基础。但是，研究和开发新一代的EMG控制假肢手仍面临若干理论方法挑战与技术瓶颈，主要包括：（1）多通道EMG信号的测量、处理以及基于前臂EMG信号的手运动模式识别与运动控制方法，尤其需要解决EMG测量信号中生物噪声干扰、“EMG信号手关节运动”生物系统的“耦合驱动”特征抽取、EMG信号的非平稳特征抽取以及特征选择等一系列关键理论问题，开发高性能的生物机械系统
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