随着机器人灵巧手技术的发展,假手的研究也取得了长足的进步,但是还基本停留在全掌手的研究阶段,针对手部部分残疾的半掌手的研究刚刚起步。据调查,部分手残疾患者在上肢残疾患者中占有很大的比例,目前还缺少适用于这一类人群的功能性假肢。本文结合国家自然科学基金重点项目“新一代仿人型残疾人假手系统及理论的研究”(项目编号:50435040),研制了Partial Finger和Partial Hand。首先介绍半掌手的研究现状,并对人手骨骼结构进行分析。然后,针对手指基指节截断患者研制利用残余基指节驱动的Partial Finger,此手指重55克,具有两个自由度,采用被动方式驱动,手指外形和运动状态高度拟人化,并设计连接机构,实现Partial Finger的方便快速拆装。其次,针对四指掌骨截断患者研制具有力位感知功能的Partial Hand,该手重310克,有四个手指,每个手指一个独立自由度,驱动电机内置于手指内部,指尖最大出力可达15.7N,开合速度约1.12秒,该手外形和运动方式充分考虑拟人化要求,可以配合拇指完成球状、柱状抓握,两指、三指、四指和五指捏取等动作。基于杆组法建立半掌手的运动学模型,分析基本杆组的运动特性,研究以任意定传动比传动的四杆机构的设计方法,确定机构参数并进行优化。基于虚功原理建立半掌手的静力学模型,并进行仿真验证。基于虚拟弹簧方法建立半掌手手指动力学模型,研究力弹簧刚度对动力学模型的影响规律,并进行仿真验证。虚拟弹簧方法通过使用力弹簧代替约束副,推出的动力学方程可以直接用来进行正向和逆动力学分析。进行前向动力学分析或仿真时,可以完全解耦,并自动包含运动副。进行逆动力学分析时,该方法所推出的动力学模型和使用虚功原理所得到的一致。最后,搭建实验平台,对Partial Finger进行综合性能实验,并对Partial Hand进行单手指的负载实验、疲劳实验和抓握实验。