手作为人类与环境互动最重要的系统之一,提供触觉反馈以及操作物体的能力。研究表明,平均每人每天都需要进行1500次抓握。然而不幸的是,当人们在遭受一些疾病或损伤之后,例如中风、脊髓损伤等,导致手和手指麻痹,他们甚至无法从事非常简单的日常活动,生活质量也随之降低。目前,手部柔性外骨骼机器人被认为是最有望应用到患者日常生活中、改善患者生活质量的一项技术,其同样存在诸多问题如动作模式单一、人机耦合性差、手背侧结构设计不合理、缺乏抓取力控制方面的研究等。为解决现阶段手部柔性外骨骼机器人研究成果中存在的一些问题,本文设计了一种可穿戴式手部柔性外骨骼机器人,其能够应用到患者的日常活动中,帮助患者实现两种主要的手部动作模式:“捏”动作模式和“握”动作模式。基于人体解剖学原理设计的手部柔性外骨骼机器人将实现“捏”动作的指浅屈肌、实现“握”动作的指深屈肌以及实现手指展开动作的指伸肌用拉力线所替代,最终在手外部重建一套人工外骨骼肌。由于拉力线在手指上的固定位置和牵引方向与手部肌肉基本一致且具有很强的人机耦合性,因此能够辅助患者手部实现和正常人一样的运动轨迹。针对于可穿戴式手部柔性外骨骼机器人的抓取力控制,本文研制了一种基于线张力反馈的控制方法,实现了手指指尖抓取力的稳定控制。首先介绍了可穿戴式手部柔性外骨骼机器人抓取力控制的整体策略,然后根据其建立了手指静态力学模型,通过套索出口侧线张力计算得到手指指尖与物体之间的接触力。针对套索传动过程中所存在的摩擦损耗问题,通过物理方法将套索累计弯曲角度的变化范围限制在0°～90°范围内,并采用中值补偿的方法对摩擦损耗进行补偿。最后本文通过手部柔性外骨骼机器人的抓取力控制实验验证了手指静态力学模型以及摩擦补偿方法的有效性,并实现了手指指尖接触力的误差最大范围为±1N。为了测试手部柔性外骨骼机器人的性能,本文对其进行了运动学测试和患者穿戴实验。在手部柔性外骨骼机器人的辅助下各个关节的运动范围可以达到正常人的水平,并且手指在弯曲和伸展过程中的运动轨迹与自然运动基本一致,两者Pearson相关性系数达到了 0.97。同时,在丧失手部运动功能的患者身上进行了手部柔性外骨骼机器人的辅助抓取实验。实验结果也进一步证实了手部柔性外骨骼机器人具备辅助患者抓取日常生活用品的能力,对改善患者的生活质量具有重要意义。