探索人手运动奥秘,用工程科学方法再造人手的自然运动功能,既是人机共融机器人研究领域的热点和难点问题,也是广大科技工作者的梦想。本论文围绕如何建立人手自然运动功能机械重构的基本原理这一难题,从人手形态特征与人手自然运动规律、生物自然运动的分解与重构、承载人手自然运动特征的欠驱动假肢手机构等方面开展了系统深入的研究,主要研究成果如下:1.人手形态特征与人手自然运动规律方面:运用多目运动捕捉系统,开展了人手形态和抓握操作实验研究,结合人手的形态和运动数据,揭示了人手各个手指的分布规律和日常生活中手指之间的协同运动规律,建立了拇指与其余手指自然对合时的手指姿态特征与指尖分布特征、日常抓握操作中人手协同运动等特征的提取方法,为复现人手自然运动的假肢手设计提供了生理学依据。2.生物自然运动的分解与重构方面:提出了生物自然运动构成特征的提取方法,建立了生物复杂自然运动的分解模型,以及缩放运动和仿射运动等基本运动的表征方法,在此基础上提出了用有限基本运动重构生物自然运动的理论,揭示了生物自然运动构成的共性规律,为仿生机器人设计奠定了理论基础。3.提出了复现人手自然运动的欠驱动假肢机构设计方法。针对人手拇指在所有灵长类动物中唯一具有对指运动的特点,建立了能复现人手拇指屈-伸和外展-内收运动功能的两驱动拇指机构设计方法,针对人手中除拇指之外的四指具有协同运动的特点,运用本文提出的生物自然运动重构理论,建立了四指协同运动的两驱动机构设计方法,并用实验验证了欠驱动假肢机构设计方法。4.进一步建立了能复现人手形状自适应抓握功能的紧凑型少驱动假肢手设计原理。建立了通过电机和手动混合驱动方式,实现假肢手拇指屈-伸和外展-内收运动功能的机构设计方法,提出了用阻力轴-齿轮差动机构自适应抓握任意形状物体的机构设计理论,建立了复现人手自适应抓握功能的紧凑型少驱动假肢手设计原理并用实验验证了本文提出的理论与方法的正确性。