用于灵巧运动的软体机器人外骨骼手套——迈向个性化康复

2026年7月8日，一篇题为《软体机器人外骨骼手套实现灵巧运动——迈向个性化康复》的研究论文被提交至arXiv预印本平台（arXiv:2607.07968）。该研究由Paul Dela Cruz等人完成，提出了一种基于气动驱动的个性化软体机器人外骨骼手套，旨在解决传统标准化手套无法适应个体差异的问题，尤其针对手部精细操作和康复训练中的局限性。研究团队利用拓扑扫描技术对用户手部进行精确的三维测量，并采用硅胶模铸工艺制造出贴合个人手型的手套。在此基础上，他们通过有限元分析（FEA）对致动器的弯曲行为及其与简化生物力学手指模型之间的物理人机交互（pHRI）力进行了模拟。实验部分包括气动压力控制测试，使用静态和动态参考信号来弯曲用户手指。结果显示，拓扑扫描能够实现对手部解剖结构的精确适配；仿真表明，个性化设计使得pHRI接触力的分析成为可能，即使在近端指骨上存在非理想压缩的情况下，也能实现有效的关节活动。气动测试进一步证实，压力控制可以准确且有针对性地活动掌指关节（MCP）和近端指间关节（PIP），同时维持关节的固有刚度。此外，通过比较多种设计，研究人员发现放松应变限制层可以改善致动器与手指关节在驱动过程中的对齐。这项工作从结构适形性、关节拓扑、pHRI接触建模以及时间相关的致动-变形曲线等多个方面实现了对手部的个性化，为优化外骨骼手套设计以辅助灵巧操作和精细化神经肌肉康复提供了重要的理论依据和实验基础。该论文共8页，包含14张图，即将在IEEE RAS/EMBS第11届生物医学机器人与生物机电一体化国际会议（BioRob 2026）上发表。研究的工作流程包括：首先通过拓扑扫描获取用户手部的精确几何数据，然后利用这些数据设计致动器布局和应变限制层，制造硅胶手套。有限元分析模拟了致动器在气压下的弯曲变形，并计算了与手指模型之间的接触力分布。气动控制实验采用比例压力阀，实现了对MCP和PIP关节的独立控制，并观察到在静态和动态参考信号下均能准确追踪目标角度。此外，研究比较了不同应变限制层设计对关节对齐的影响，发现放松应变限制层可以显著减少致动器与手指之间的偏移，从而提高力传输效率。这些结果对于开发适用于不同手部尺寸和康复需求的个性化外骨骼手套具有重要意义。