This paper reports about the design of a bio-inspired compliant wrist, whose mobility (i.e. ulnar-radial deviation and flexion-extension) has been realized by employing two pairs of contact-aided Cross-Axis Flexural Pivots (CAFPs), actuated via remotely-placed servo-motors and tendon transmissions. The human wrist behaves differently when deflecting in clockwise or anticlockwise direction, both in terms of maximum angular deflection and passive stiffness. The device proposed hereafter aims at mimicking such natural asymmetry, while withstanding unexpected external loads. In order to fulfill these requirements, two contacts are included: (i) a pure rolling contact (named passive contact), achieved via a cam mechanism guiding the CAFP deflection and ensuring the wrist resistance to compressive loads; (ii) a purposely shaped contact pair (named active contact), acting on one beam of the CAFP so as to increase its stiffness. The design procedures and tools specifically developed for the wrist optimization are described. In the first step, a CAFP shape optimization is performed, followed by the synthesis of the active contact pair. In the second step, the centrodes are computed and then used to generate the passive contact profiles. At last, the third step focuses on the definition of the tendons routing. To prove the validity of the numerical models, a physical prototype of the wrist is produced and tested. Direct comparisons between simulations and experiments confirm the efficacy of the proposed design method.

本文报道了一种生物启发型顺应性手腕的设计，该手腕的活动性（即尺nar向偏斜和屈伸）是通过使用两对接触辅助的跨轴挠性枢轴（CAFP）来实现的，该关节通过远程驱动放置的伺服电动机和腱传动装置。在最大角度偏转和被动刚度方面，人手腕在顺时针或逆时针方向上偏转时的行为都不同。此后提出的设备旨在模仿这种自然的不对称性，同时承受意外的外部负载。为了满足这些要求，包括了两个接触器：（i）纯滚动接触器（称为被动接触器），通过凸轮机构引导CAFP偏转并确保手腕承受压缩载荷来实现；（ii）作用在CAFP的一根梁上的有目的形状的触点对（称为主动触点），以增加其刚度。描述了专门为手腕优化开发的设计程序和工具。第一步，执行CAFP形状优化，然后合成有源触点对。在第二步中，计算中心，然后将其用于生成被动接触轮廓。最后，第三步着重于腱布线的定义。为了证明数值模型的有效性，生产并测试了手腕的物理原型。仿真和实验之间的直接比较证实了所提出设计方法的有效性。描述了专门为手腕优化开发的设计程序和工具。第一步，执行CAFP形状优化，然后合成有源触点对。在第二步中，计算中心，然后将其用于生成被动接触轮廓。最后，第三步着重于腱布线的定义。为了证明数值模型的有效性，生产并测试了手腕的物理原型。仿真和实验之间的直接比较证实了所提出设计方法的有效性。描述了专门为手腕优化开发的设计程序和工具。第一步，执行CAFP形状优化，然后合成有源触点对。在第二步中，计算中心，然后将其用于生成被动接触轮廓。最后，第三步着重于腱布线的定义。为了证明数值模型的有效性，生产并测试了手腕的物理原型。仿真和实验之间的直接比较证实了所提出设计方法的有效性。第三步侧重于定义肌腱布线。为了证明数值模型的有效性，生产并测试了手腕的物理原型。仿真和实验之间的直接比较证实了所提出设计方法的有效性。第三步侧重于定义肌腱布线。为了证明数值模型的有效性，生产并测试了手腕的物理原型。仿真和实验之间的直接比较证实了所提出设计方法的有效性。