用於靈巧運動的軟體機器人外骨骼手套——邁向個性化康復

2026年7月8日，一篇題為《軟體機器人外骨骼手套實現靈巧運動——邁向個性化康復》的研究論文被提交至arXiv預印本平台（arXiv:2607.07968）。該研究由Paul Dela Cruz等人完成，提出了一種基於氣動驅動的個性化軟體機器人外骨骼手套，旨在解決傳統標準化手套無法適應個體差異的問題，尤其針對手部精細操作和康復訓練中的侷限性。研究團隊利用拓撲掃描技術對用户手部進行精確的三維測量，並採用硅膠模鑄工藝製造出貼合個人手型的手套。在此基礎上，他們通過有限元分析（FEA）對致動器的彎曲行為及其與簡化生物力學手指模型之間的物理人機交互（pHRI）力進行了模擬。實驗部分包括氣動壓力控制測試，使用靜態和動態參考信號來彎曲用户手指。結果顯示，拓撲掃描能夠實現對手部解剖結構的精確適配；仿真表明，個性化設計使得pHRI接觸力的分析成為可能，即使在近端指骨上存在非理想壓縮的情況下，也能實現有效的關節活動。氣動測試進一步證實，壓力控制可以準確且有針對性地活動掌指關節（MCP）和近端指間關節（PIP），同時維持關節的固有剛度。此外，通過比較多種設計，研究人員發現放鬆應變限制層可以改善致動器與手指關節在驅動過程中的對齊。這項工作從結構適形性、關節拓撲、pHRI接觸建模以及時間相關的致動-變形曲線等多個方面實現了對手部的個性化，為優化外骨骼手套設計以輔助靈巧操作和精細化神經肌肉康復提供了重要的理論依據和實驗基礎。該論文共8頁，包含14張圖，即將在IEEE RAS/EMBS第11屆生物醫學機器人與生物機電一體化國際會議（BioRob 2026）上發表。研究的工作流程包括：首先通過拓撲掃描獲取用户手部的精確幾何數據，然後利用這些數據設計致動器佈局和應變限制層，製造硅膠手套。有限元分析模擬了致動器在氣壓下的彎曲變形，並計算了與手指模型之間的接觸力分佈。氣動控制實驗採用比例壓力閥，實現了對MCP和PIP關節的獨立控制，並觀察到在靜態和動態參考信號下均能準確追蹤目標角度。此外，研究比較了不同應變限制層設計對關節對齊的影響，發現放鬆應變限制層可以顯著減少致動器與手指之間的偏移，從而提高力傳輸效率。這些結果對於開發適用於不同手部尺寸和康復需求的個性化外骨骼手套具有重要意義。