形状记忆合金丝驱动的手功能康复外骨骼设计与试验研究

来源：机器人杂志2026年第2期北京时间：

作者：朱显微, 侯瑞麟, 王扬威

摘要：为解决可穿戴式手功能康复机器人重量大、人机契合度和舒适性不佳的问题，提出一种形状记忆合金（SMA）丝驱动的手功能康复外骨骼结构。在分析手部生理结构及肌肉骨骼运动机理的基础上，结合SMA丝收缩特性模拟肌肉肌腱的致动原理，设计了扁平式SMA丝位移放大滑轮组增程机构，构建了人机耦合运动学与静力学模型，并建立了基于SMA丝电阻反馈的PSO-BP-PID（粒子群优化－反向传播－PID）控制方法。研制了SMA丝驱动的可穿戴式手功能康复外骨骼样机，其质量仅166 g。对其运动性能、抓握能力和工作温度进行了实验测试。实验结果表明，该外骨骼最大弯曲角度达160°，平均指尖力约6.5 N，PSO-BP-PID控制相比于传统PID控制具有更好的响应速度和控制精度，通过手指协同运动可完成多种常见物品的抓握，足以满足日常康复辅助需要。

关键词：手功能康复外骨骼, 形状记忆合金, 增程机构