基于力矩感知的多指精准抓握协调控制研究

探讨不同手指组合和多指抓取不同质心的抓握装置过程中手指力量的控制。选取30名健康受试者使用3种手指组合进行抓握:一是拇指与食指双指抓握,二是拇指、食指和中指三指抓握,三是拇指、食指、中指和无名指四指抓握。随机在抓握装置底座的中部、近端、远端、尺侧、桡侧各增加一额定砝码,产生不同方向的偏转力矩,改变抓握装置的重心位置,使用六维力-力矩传感器记录各手指的力与力矩。以握力的均值(mean)、标准差(SD)与平均功率频率(MPF)为参数,分析抓握过程中抓握力的大小变化。结果表明,仅双指抓握时抓握力的MN与SD存在显著性差异(P<0.05),而在三指抓握与四指抓握时没有发现显著性差异(P>0.05)。当额定砝码位于远端时,双指抓握的拇指与食指的抓握力的MN和SD均显著大于砝码位于其他位置时的数值(P<0.05),这表明手部运动控制对于左右方向上的扰动相比前后向上的扰动有更高的鲁棒性。另外,在所有实验中,拇指抓握力的MN显著大于其他手指的值(P<0.05),且SD与MPF显著小于其他手指的值(P<0.05)。结果表明,拇指在抓握过程中主要起稳定作用,其他手指有更强的灵活性,主要起调控作用。该研究为功能性的多指抓握过程中手指力的控制能力的量化评估提供新的思路。