假体或假体植入物是一种人工装置，可以取代身体缺失的部分，这些部分可能由于事故、创伤、疾病或先天性疾病而失去。矫形假体是一种用来代替病人身体缺失部分的假肢。它旨在恢复一定程度的正常功能，从而提供精确的运动和高效的操作。
在过去，手部截肢者会被要求使用功能有限并带有大量社会耻辱的钩状义肢。然而，在当今社会，手截肢者可以期待一只替代的手，它可以复制大量正常的手功能。
上肢假肢可以分为三大类:被动装置、身体动力装置和外部动力(肌电)装置。
肌电假体利用肌肉每次收缩时产生的电张力。这种张力可以通过涂在皮肤上的电极从自愿收缩的肌肉中捕获，以控制假体的运动，如肘关节的屈伸，手腕的旋后/内旋，或手指的张开/闭合。这种类型的假肢使用人体剩余的神经肌肉系统来控制电动假肢的手、手腕、肘部或脚的功能。
大多数假肢制造商使用EMG(肌电图)信号来驱动。1919年，G.施莱辛格定义了六种基本的抓握方式，如下图所示:
基于这些基本的抓握、价格和功能，制造商可以选择适当的机构类型，并确定这些驱动机构所需的电机数量。它可以是全关节臂或半关节臂。在完全铰接的手臂中，制造商使用五台电机驱动所有五指，以实现多个程度的运动。这为最终用户实现臂的几乎所有主要配置提供了更好的灵活性。
在半关节臂中，单个电机用于驱动两根或三根手指(中指、无名指和小指)。提供单独的电机，用于食指和拇指的驱动。这有助于降低成本和简化设计。当然，运动的程度是有限制的。这些设计的重点是日常生活中经常使用的主要动作。
一个好的义肢的要求
- 功能有效
- 耐用
- 舒适的
- 轻量级
- 维修费用低
- 电池寿命长
- 美观
假手的标准运动解决方案
无芯电刷直流电动机具有高效、可靠、低成本的优点，是假肢的常用解决方案。一个无芯刷直流电动机，连同它的齿轮箱，运行在低噪音-一个可以理解的肌肉电假肢臂用户的要求。对于义肢手，电机的典型要求是50 mNm @ 150 rpm到100 mNm @ 50 rpm。更轻的电机降低了假手的整体重量，并允许用户在单指驱动设计中以最小的努力独立移动每根手指。无芯电刷直流电机的设计也提供了高功率密度。它符合假体应用的紧凑性和便携性要求。
一些成本较低的肌电半关节假肢制造商使用一个电机进行四个单指驱动。这里，自由度是2;一个是四个手指的运动，另一个是拇指的手动运动。这种设计的典型扭矩要求可以在300 mNm @ 1500 rpm和400 mNm @ 1000 rpm之间。
为了精确定位和运动控制，建议为电机和变速箱配备合适的编码器。带有集成变速箱和编码器的电机使用户能够更灵活地移动手指来抓取物体。磁编码器提供了高度的精度，必要的义肢应用，需要难以置信的精确定位与闭环运动反馈。精确的位置需要抓住物体，如鸡蛋所需的灵活性，以防止破损。
电机和齿轮箱的选择是应用成功的直接因素。所选择的解决方案应提供足够的扭矩和速度(功率)，以确保适当的握持力和握持所需的线速度。用于手指驱动的机构类型也应该是电机选择的决定因素。
电机调节(R/K2)是电机的一个关键参数，它定义了电机的速度-转矩特性。较低的电机调节导致更强大的电机，但重要的是要记住-随着扭矩(负载)增加，速度下降。电机调节效果好，转速下降率小。良好的电机调节提供了高功率密度，从而导致更少的功率损失和更好的效率。
如果说运动调节是电机的关键参数，那么效率就是新一代义肢的关键参数。这里考虑的是体积更小、重量更轻的电池——高效能导致更少的功率损失和更少的电流消耗，从而延长电池寿命。
电机和变速箱的选择在很大程度上取决于扭矩/速度要求和应用的尺寸限制。在上面的图表中，我们将使用一些Portescap直流电机进行比较。从图中可以看到，10N电机+ R10齿轮箱(比例为64)的斜率与12G电机+ R13齿轮箱(比例为30.2)的斜率几乎相同，尽管12G + R13提供了更宽的扭矩和速度范围。这种设计意味着，通过增加尺寸，我们可以增加电机-变速箱复合材料的功率。比64的12G电机+ R10变速箱斜率更低。因此，它在一个较高的工作扭矩，虽然在一个较低的速度。
假肢手集成解决方案
假肢臂的平均操作要求是这样的:
对于带丝杠机构的180°传动，电机-变速箱复合材料的转矩和速度要求取决于丝杠的类型(不含丝杠)。起始、引线、螺纹类型)。
通常，需要定制的解决方案来满足特定的应用需求。集成设计可以最适合每个应用程序的尺寸和重量限制。优化设计可以承受应用所需的特定轴向力。下面显示了一个集成解决方案原型的示例。
在这个示例原型中，该机构由使用正齿轮副将旋转运动转移到丝杠的电机组成。丝杠连接在一个正齿轮上，并将运动传递给有内螺纹的活塞。由于丝杠和活塞之间的螺杆和螺母机构，活塞向前和向后运动。活塞的线性运动产生了手指驱动。
Portescap采用12GS+R10电机-变速箱复合材料的原型在1V下进行了测试，该复合材料在空载时的线速度为7mm /s，电流消耗为15 mA。线速度可以通过增加电压来提高。执行器的线速度取决于用户正在处理的物体的重量。执行器的空载线速度与无物体的手指运动有关。较高的线性速度允许用户快速抓住物体。根据计算，该执行机构的设计负载为60 n。力和速度取决于电机、变速箱的选择以及用于线性执行机构的丝杠的尺寸。自然，线性执行器的尺寸因应用而异。线性驱动器的低电流消耗提供了更长的电池寿命。
您还需要考虑您的应用程序是否需要运动反馈解决方案，包括线性执行器，可以根据所需的输出进行精确定制，并且可以安装在执行器内部，以便准确控制操作。活塞的线性运动可由线性电位器或线性磁编码器控制。
线性电位器的工作原理是计算电路内物体的位移所产生的电阻的变化。它由一个弹簧加载头组成，它产生足够的模拟输出而不使用放大器。在线性执行器中使用电位器反馈系统的好处是，控制器不必跟踪活塞的位置。它提供了活塞在任何给定时刻的绝对位置。它适用于低速要求，成本较低。与磁性编码器相比，它提供50%的寿命。
线性磁编码器是一种基于霍尔传感器的检测磁场的编码器。传感器中的任何部件之间都没有摩擦，因为这些部件彼此不接触。在线性执行器中，磁铁附着在活塞上，两个霍尔传感器放置在磁铁附近。当磁铁(活塞)移动时，霍尔传感器检测磁场。这就产生了一个脉冲，控制器用它来跟踪位置。两个霍尔传感器彼此偏移，产生两个重叠的脉冲。重叠的信号决定了移动的方向。
对于编码器，即使轴的轻微不对中也会降低精度并增加滞后损失。线性磁编码器具有更精确的位置测量，提高高速应用的可靠性和更长的使用寿命。磁编码器在线性驱动器的整个生命周期内提供一致的信号。它们提供位置数据的精确增量。控制器保持位置跟踪，提供“home检测”功能，将位置重置到已知状态。
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